Proefophoging A5 te Badhoevedorp met klei uit baggerspecie

Ministerie van Verkeer en Waterstaat

Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde

Proefophoging A5 te Badhoevedorp met klei uit baggerspecie

Proefophoging A5

2

Inhoudsopgave ............................................................................... INHOUDSOPGAVE................................................................................................................................3 SAMENVATTING ...................................................................................................................................5 1

2

3

4

5

6

ALGEMEEN.....................................................................................................................................7 1.1 Inleiding ...............................................................................................................................7 1.2 Doelstelling ..........................................................................................................................8 1.3 Achtergrond .........................................................................................................................8 1.4 Inhoud..................................................................................................................................9 VOORBEREIDING ..........................................................................................................................11 2.1 Overzicht............................................................................................................................11 2.2 Herkomst baggerspecie ......................................................................................................11 2.3 Civieltechnisch onderzoek ..................................................................................................12 2.3.1 Fase 1..........................................................................................................................12 2.3.2 Fase II..........................................................................................................................13 2.3.3 Samenvatting ..............................................................................................................17 2.4 Conclusie............................................................................................................................19 ONTWERP ...................................................................................................................................21 3.1 Civieltechnische eisen .........................................................................................................21 3.1.1 Gebruikers- en prestatie-eisen .....................................................................................22 3.1.2 Eisen klei .....................................................................................................................22 3.2 Specifieke ontwerpeisen .....................................................................................................25 3.3 Ontwerp proefophoging ....................................................................................................26 3.4 Prognose gedrag ................................................................................................................28 3.5 Conclusies ..........................................................................................................................29 UITVOERING ................................................................................................................................31 4.1 Locatie proefophoging .......................................................................................................31 4.2 Toetsvak.............................................................................................................................32 4.3 Aanleg proefophoging........................................................................................................33 4.3.1 Voorbereidende werkzaamheden ................................................................................33 4.3.2 Uitvoeringsperiode ......................................................................................................33 4.3.3 Controle aanvoer.........................................................................................................34 4.3.4 Methode van aanleg ...................................................................................................34 4.3.5 Weersomstandigheden................................................................................................36 4.3.6 Maatregelen tijdens neerslag.......................................................................................36 4.3.7 Afwerking ...................................................................................................................37 4.4 Meetresultaten en analyse..................................................................................................38 4.4.1 Resultaten ...................................................................................................................38 4.4.2 Analyse .......................................................................................................................41 4.5 Meetinstrumenten..............................................................................................................43 4.6 Samenvatting .....................................................................................................................45 4.7 Conclusies ..........................................................................................................................45 MONITORING ..............................................................................................................................47 5.1 Fase 1: Eigenschappen klei .................................................................................................47 5.1.1 Boringen en sonderingen.............................................................................................47 5.1.2 Classificatie-eigenschappen .........................................................................................48 5.1.3 Sterkte- en vervormingseigenschappen .......................................................................48 5.2 Fase II: Gedrag constructie .................................................................................................49 5.2.1 Horizontale vervormingen ...........................................................................................49 5.2.2 Vertikale vervormingen ...............................................................................................50 5.2.3 Stijfheid en draagkracht...............................................................................................52 5.3 Samenvatting .....................................................................................................................54 5.4 Conclusies ..........................................................................................................................54 EVALUATIE ...................................................................................................................................55

Proefophoging A5

3

6.1 Eigenschappen klei .............................................................................................................55 6.1.1 Classificatie-eigenschappen .........................................................................................56 6.1.2 Sterkte- en vervormingseigenschappen .......................................................................59 6.2 (Toekomstig) gedrag proefophoging ..................................................................................60 6.2.1 Horizontale vervormingen ...........................................................................................60 6.2.2 Vertikale vervormingen ...............................................................................................60 6.2.3 Stijfheid en draagkracht...............................................................................................61 6.2.4 Stabiliteit .....................................................................................................................62 6.3 Ontwerp.............................................................................................................................62 6.3.1 Constructie-eisen.........................................................................................................63 6.3.2 Materiaaleisen .............................................................................................................64 6.3.3 Uitvoeringseisen ..........................................................................................................65 6.4 Uitvoeringsaspecten ...........................................................................................................65 6.4.1 Uitvoering ...................................................................................................................65 6.4.2 Controle ......................................................................................................................66 6.5 Economische aspecten........................................................................................................66 6.6 Conclusies ..........................................................................................................................67 7 MILIEUKUNDIGE GEGEVENS.............................................................................................................69 7.1 Milieukundige eisen...........................................................................................................69 7.1.1 Algemeen....................................................................................................................69 7.1.2 Toepassingseisen .........................................................................................................69 7.2 Partijkeuring .......................................................................................................................71 7.2.1 Algemeen....................................................................................................................71 7.2.2 Resultaten ...................................................................................................................71 7.2.3 Analyse .......................................................................................................................72 7.2.4 Conclusie.....................................................................................................................73 7.3 Ontwerp.............................................................................................................................73 7.4 Aanzet tot monitoring ........................................................................................................73 7.4.1 Nulsituatie ondergrond en drainzand ..........................................................................73 7.4.2 Nulsituatie grondwater................................................................................................74 7.4.3 Nulsituatie kleikern ......................................................................................................75 7.4.4 Monitoring milieukundige aspecten ............................................................................76 8 CONCLUSIES ................................................................................................................................77 9 AANBEVELINGEN ...........................................................................................................................79 10 LITERATUUR .............................................................................................................................81 11 BIJLAGEN ..............................................................................................................................83

Proefophoging A5

4

Samenvatting ................................................................................ Voor de stimulering van de toepassing van producten uit baggerspecie is van gerijpte klei uit baggerspecie in juli en augustus 2001 een proefophoging aangelegd. De klei was afkomstig van het baggerverwerkingsdepot op het depot Nauerna, waar de baggerspecie vanaf begin 1998 heeft kunnen rijpen. De klei is toegepast als constructief ophoogmateriaal met een hoogte van 4 meter in een wegconstructie. Deze maakt onderdeel uit van de onderbouw van de aansluiting van de toekomstige autosnelweg A5 op de A4 nabij Schiphol. Op basis van het civieltechnische geschiktheidsonderzoek uitgevoerd in de eerste maanden van 2001 is geconcludeerd dat de klei toepasbaar is als constructief ophoogmateriaal. Op basis van de laboratoriumresultaten is een ontwerp opgesteld en zijn diverse prognoses gedaan ten aanzien van klink, stabiliteit en stijfheid. Daarnaast is voor de aanleg van de proefophoging een toetsing uitgevoerd naar de begaanbaarheid van de klei voor grondverzetmachines. Uit deze toetsing bleek dat het materiaal goed begaanbaar, verwerkbaar en verdichtbaar was. Vooruitlopend op een vrijstellingsregeling betreffende de immissie van sulfaat en fluoride bij toepassing van grond en baggerspecie is in overleg met VROM, het SKB (Stichting Kennisontwikkeling Bodem) en de gemeente Haarlemmermeer overeengekomen de klei als categorie 1 bouwstof toe te passen. Met het bevoegd gezag (gemeente Haarlemmermeer) is overeengekomen deze afwijking van het Bouwstoffenbesluit te monitoren tot twee jaar na aanleg. Tijdens de aanleg van de proefophoging zijn diverse eigenschappen (waaronder watergehalte en verdichtingsgraad) van de klei bepaald ter controle op de kwaliteit van de aangevoerde klei en de effectiviteit van de verwerking van de klei in de proefophoging. Ook na het gereed komen van de proefophoging zijn diverse eigenschappen van de klei vastgelegd. Daarnaast heeft gedurende een jaar naar aanleg een monitoring plaatsgevonden om het gedrag van de totale ophoging vast te leggen. De monitoring leverde op dat de klink van de klei (0.11 meter) veel minder was dan in de ontwerpfase was verwacht (0.60 meter). Daarnaast is door toepassing van een tijdelijke overhoogte bovenop de kleikern de verwachting dat de klink in de gebruiksfase minimaal zal zijn (minder dan enige centimeters). De stijfheid van de kleikern bedraagt meer dan 100 MPa hetgeen vergelijkbaar is met een ophoging bestaande uit zand. Geconcludeerd kan worden dat, mits voldaan wordt aan bepaalde randvoorwaarden, gerijpte klei uit baggerspecie geschikt is om als constructief ophoogmateriaal toe te passen. De proefophoging A5 voldoet aan alle voorwaarden betreffende klink, stabiliteit en stijfheid.

Proefophoging A5

5

Proefophoging A5

6

1 Algemeen ................................................................................ 1.1 Inleiding Voor de stimulering van de toepassing van producten uit baggerspecie is van gerijpte klei uit baggerspecie in juli en augustustus 2001 een proefophoging aangelegd. De klei is toegepast als constructief ophoogmateriaal met een hoogte van 4 meter in de wegconstructie die onderdeel uitmaakt van de onderbouw van de aansluiting van de toekomstige autosnelweg A5 op de A4 nabij Schiphol (figuur 1.1). De proefophoging ligt aan de oostelijke zijde langs de autosnelweg A4 Den Haag – Amsterdam nabij de afslag Hoofddorp/Aalsmeer en is onderdeel van de terp voor de fly-over over de A4. Deze fly-over vormt vanuit zuidelijke richting de verbinding tussen de A4 en de A5.

Figuur 1.1: Locatie proefophoging: oostzijde A4 Den Haag richting Amsterdam De in de ophoging toegepaste baggerspecie is afkomstig uit het depot Nauerna waar deze vanaf 1997 en 1998 heeft kunnen rijpen. In de ophoging is ca. 10.000 m3 baggerspecie verwerkt over een lengte van ca. 125 meter. De totale ophoging heeft in de gebruiksituatie een hoogte van gemiddeld 5.5 meter, waarvan de onderste 4 meter bestaat uit de aangebrachte klei. Tijdens de aanleg van de proefophoging zijn diverse eigenschappen (waaronder watergehalte en verdichtingsgraad) van de klei bepaald ter controle op de kwaliteit van de aangevoerde klei en de effectiviteit van de verwerking van de klei in de proefophoging. Ook na het gereed komen van de proefophoging zijn diverse eigenschappen van de klei vastgelegd. Daarnaast zijn voor de monitoring van het gedrag van de totale ophoging diverse meetinstrumenten in de ophoging aangebracht. Deze monitoring is doorgezet tot ca. 1.5 jaar na de start van de aanleg van de proefophoging.

Proefophoging A5

7

1.2 Doelstelling De toepassing van gerijpte baggerspecie als constructief ophoogmateriaal kan een nuttige en economisch aantrekkelijke toepassing zijn voor materiaal dat over het algemeen alleen toegepast wordt in niet-constructieve ophogingen of zelfs afgevoerd wordt naar depots. Dit leidt tot de hoofddoelstelling van de aanleg van de proefophoging A5: nagaan of gerijpte baggerspecie toegepast kan worden als constructief ophoogmateriaal in een wegconstructie in relatie tot de eisen die hierop van toepassing zijn. De ophoging moet voldoen aan stringente eisen wat betreft draagvermogen, stabiliteit en vervormingen bij een belangrijke bovenbelasting ook op lange termijn. Op basis van de hoofddoelstelling zijn de specifieke doelstellingen van de proefophoging vastgesteld: 1 2 3

de gecontroleerde aanleg van een constructieve ophoging met gerijpte klei uit baggerspecie die ook op lange termijn zijn functie behoudt; het uitvoeren van onderzoek ter optimalisatie van ontwerp, aanleg en onderhoud en het opstellen van aanbevelingen voor toepassing bij andere werken; evaluatie van ervaringen bij ontwerp, aanleg en onderhoud en het opstellen van aanbevelingen voor toepassing bij andere werken.

De doelstelling van dit rapport is het beschrijven van alle activiteiten, bevindingen en meetresultaten die zijn verricht tijdens de voorbereiding, aanleg en monitoring van de proefophoging A5 met klei uit baggerspecie. Het rapport is afgesloten met een evaluatie, conclusies en aanbevelingen. 1.3 Achtergrond Als gevolg van onderhouden saneringswerken komt in Nederland de komende jaren naar schatting jaarlijks 15 miljoen ton droge stof aan baggerspecie vrij. Het grootste deel van deze specie is zout en wordt afgevoerd naar zee. In de Beleidsnota Verwijdering Baggerspecie (BVB) en de Evaluatie Nota Water (ENW) is aangekondigd dat na het jaar 2000 tenminste 20% van het aanbod aan verontreinigde baggerspecie (klassen 2/3/4) moet worden verwerkt en/of nuttig moet worden toegepast. Van deze hoeveelheid baggerspecie komt 1 á 2 miljoen ton klei per jaar [lit. 1] in aanmerking als alternatief voor het gebruik van ophoogzand. Projecten waarbij grote hoeveelheden grond/baggerspecie vrijkomen zijn onderhoudsbaggerwerken, grondverzet in den droge of in den natte (baggerwerken, tunnelbouwactiviteiten). Afhankelijk van de samenstelling van de baggerspecie zal sprake zijn van zand, klei- of veenhoudende grond. Zand kan zonder problemen toegepast worden als ophoogmateriaal. Veenhoudende grond is niet toepasbaar als alternatief voor zand. Dit materiaal zal misschien toepasbaar zijn in niet-constructieve ophogingen als geluidswallen, terreinen en landscaping. Klei uit baggerspecie kan na rijping toepasbaar zijn als constructief ophoogmateriaal. Onder rijping wordt verstaan een proces van irreversibele indroging waarbij de materiaaleigenschappen van de baggerspecie veranderen. Na rijping ontstaat klei (grond) uit baggerspecie. De belangrijkste overweging om klei uit baggerspecie als constructief ophoogmateriaal toe te passen is om de schaarse depotruimte niet te belasten met licht verontreinigde baggerspecie die na rijping als BSB categorie 1 (klei) grond kan worden toegepast. Daarnaast is er veel aanbod van baggerspecie die tot klei kan worden gerijpt. De kleimarkt is echter maar beperkt.

Proefophoging A5

8

Gerijpte klei uit baggerspecie kan een economisch aantrekkelijk alternatief zijn voor het gebruik van zand als constructief ophoogmateriaal. In Nederland, waar ophogingen voor wegen in het algemeen met zand worden gemaakt, bestaat tot nu toe een beperkte ervaring met het maken van constructieve ophogingen met klei, zoals gerijpte fijnkorrelige baggerspecie en met het functioneren van deze klei in constructieve ophogingen. De laatste vijf jaar heeft Rijkswaterstaat het initiatief genomen tot de aanleg van een aantal proefophogingen met als doel de toepassing van klei uit baggerspecie als constructief ophoogmateriaal na te gaan. Het betreft hier o.a. ophogingen bij de Slufter (Europoort), de Moerdijk, de A50 en de in dit rapport beschreven ervaringen met de proefophoging A5. 1.4 Inhoud Dit rapport geeft een beschrijving van alle activiteiten, bevindingen en meetresultaten ten aanzien van de aanleg en monitoring van de proefophoging. Het overgrote deel van het rapport (hoofdstuk 2 tot en met 6) bevat de bevindingen ten aanzien van de civieltechnische aspecten van de klei en de proefophoging. De milieukundige aspecten zijn apart behandeld (hoofdstuk 7). In hoofdstuk 2 wordt aandacht besteed aan de voorbereiding van het project. Diverse civieltechnische onderzoeken zijn uitgevoerd met als doel het nagaan van de toepasbaarheid van de gerijpte baggerspecie uit het depot Nauerna als constructief ophoogmateriaal in een wegconstructie. Deze onderzoeken zijn uitgevoerd in de periode januari/februari en mei/juni 2001. In hoofdstuk 3 zijn de civieltechnische eisen vastgelegd waaraan klei moet voldoen wil het toepasbaar zijn als constructief ophoogmateriaal in een wegconstructie. Op basis van deze eisen en de civieltechnische eigenschappen van de baggerspecie is het ontwerp van de constructie vastgesteld (juni/juli 2001). Hoofdstuk 4 bevat een beschrijving van de aanleg van de proefophoging welke in de periode juli/augustus 2001 heeft plaats gevonden. Voorafgaand aan de aanleg van de proefophoging is een toetsvak aangelegd. Hiermee is de verwerkbaarheid van de baggerspecie nagegaan. Dit hoofdstuk is afgesloten met een overzicht van de meetinstrumenten die geplaatst zijn tijdens de aanleg voor de monitoring van de ophoging. In hoofdstuk 5 komt de monitoring van de proefophoging aan bod. De eigenschappen van de aangebrachte klei in de proefophoging zijn in augustus/september 2001 vastgelegd. Daarnaast is het gedrag van de constructie tot ca. 1.5 jaar na aanleg gevolgd (tot maart 2003). Hoofdstuk 6 bevat een evaluatie van alle metingen. Hierbij is achtereenvolgens ingegaan op: eigenschappen klei, gedrag proefophoging, ontwerp, uitvoerings- en economische aspecten. Zoals reeds hierboven aangegeven zijn in hoofdstuk 7 de milieukundige aspecten behandeld. Hierbij is aandacht besteed aan de milieukundige aspecten die zowel tijdens de voorbereidings- als ontwerpfase aan bod zijn gekomen. De rapportage van de monitoring was op het moment van schrijven van dit rapport niet beschikbaar en zal in SKB-verband worden opgesteld. Het rapport is in hoofdstuk 8 en 9 afgesloten met conclusies en aanbevelingen.

Proefophoging A5

9

Proefophoging A5

10

2 Voorbereiding ................................................................................ 2.1 Overzicht In dit hoofdstuk worden de voorbereidende werkzaamheden beschreven. De in de proefophoging A5 toegepaste baggerspecie is afkomstig uit de rijpingsvelden op het depot Nauerna. Paragraaf 2.2 geeft een korte beschrijving van de herkomst en rijping van het materiaal. Tijdens de voorbereiding zijn diverse civieltechnische onderzoeken uitgevoerd op monsters genomen uit de rijpingsvelden. Paragraaf 2.3 bevat de resultaten en conclusies ten aanzien van de civieltechnische onderzoeken, die in twee fasen zijn uitgevoerd. In de eerste fase (januari en februari 2001) is een verkennend onderzoek uitgevoerd waarbij een aantal classificatieparameters is bepaald. Op basis van dit onderzoek is geconcludeerd dat het zinvol was om nader onderzoek (fase 2) uit te voeren om de ontwerpfase in te gaan. In deze fase (mei en juni 2001) zijn de sterkte- en vervormingsparameters bepaald van de baggerspecie bij verschillende watergehaltes cq. consistentie-indices. Op basis van deze gegevens is het ontwerp van de proefophoging opgesteld (zie hoofdstuk 3). Paragraaf 2.4 sluit het hoofdstuk af met de conclusies. 2.2 Herkomst baggerspecie De gerijpte klei uit baggerspecie is afkomstig uit het depot Nauerna. Dit depot ligt aan de noordzijde van het Noordzeekanaal ca. 5 kilometer ten westen van Zaandam (figuur 2.1) en is eigendom van de N.V. Afvalzorg. N.V. Afvalzorg is actief op het gebied van de eindverwerking van afval en eigendom van de provincie Noord-Holland. Het depot Nauerna wordt geëxploiteerd en beheerd door Afvalzorg Deponie B.V., één van de vier divisies van de N.V. Afvalzorg.

Figuur 2.1: Depot Nauerna Een andere divisie van de N.V. Afvalzorg is Afvalzorg Grondstromen B.V. B.V. Baggerzorg (samenwerkingsverband tussen waterschappen in Noord Holland en de N.V. Afvalzorg) maakt onderdeel uit van deze divisie en is leverancier van de gerijpte baggerspecie. Baggerzorg verwerkt baggerspecie, die vrijkomt tijdens onderhoudsbaggerwerk in Noord-Holland. Daarvoor beschikt Baggerzorg over baggerverwerkingsdepots op de locatie Nauerna. De baggerspecie die verwerkt is in de proefophoging is afkomstig uit het riviertje “de Zaan”. Hier heeft eind 1997 en begin 1998 onderhoudsbaggerwerk plaatsgevonden. De gebaggerde specie (55.000 m3) is afgevoerd naar de rijpingsvelden op het depot Nauerna. Van deze specie is ca. 40.000 m3 gestort in zes rijpingsvelden met een totaal oppervlak van ca. 12 ha (figuur 2.2). Het droge stof gehalte bedroeg op dat moment ca. 30%. Dit is vergelijkbaar met een watergehalte van ca. 200%.

Proefophoging A5

11

In eerste instantie is de baggerspecie in lagen van 1 tot 1.5 meter aangebracht bovenop een laag drainagezand van 0.30 meter. In de zomer van 1998 is actief begonnen met het bevorderen van het rijpingsproces. Eerst zijn greppels gegraven om de afvoer van water te bevorderen. Daarna is de specie in 4 tot 5 keer in ruggen opgezet tot een hoogte van ca. vijf meter. In 1999 was een droge stof gehalte bereikt van 50 tot 60%. Dit komt overeen met een watergehalte van 70 tot 100%. Uit ervaring opgedaan bij eerdere rijpingsprocessen in de rijpingsvelden is gebleken dat een droge stof gehalte van 50 tot 60% het maximaal haalbare is. Hierbij dient opgemerkt te worden dat bij andere projecten met gerijpte baggerspecie (Slufter, Moerdijk) de rijping geleid heeft tot hogere droge stofgehaltes. Na 1999 zijn geen intensieve bewerkingen op de baggerspecie in de rijpingsvelden uitgevoerd.

Figuur 2.2: Rijpingsveld

2.3 Civieltechnisch onderzoek Het civieltechnisch onderzoek op de gerijpte baggerspecie, zoals dat aanwezig was in de rijpingsvelden, is uitgevoerd in twee fases. Tijdens de eerste fase is alleen een aantal classificatieparameters bepaald om een eerste inzicht te krijgen in de samenstelling en het watergehalte van de klei (paragraaf 2.3.1). Dit onderzoek is uitgevoerd in januari en februari 2001 [lit. 2 & 3]. Dit onderzoek is deels uitgevoerd door de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde en deels door KOAC-WMD. In mei en juni 2001 is tijdens de tweede fase een uitgebreid laboratoriumonderzoek [lit. 4] uitgevoerd waarbij aan de hand van triaxiaal- en samendrukkingsproeven de sterkte- en vervormingeigenschappen van de klei zijn bepaald bij verschillende watergehaltes cq. consistentie-indices (paragraaf 2.3.2). Dit onderzoek is uitgevoerd door Fugro. In paragraaf 2.3.3 zijn de resultaten uit fase 1 en 2 samengevat. 2.3.1 Fase 1 Op 18 en 19 januari 2001 zijn monsters genomen van de gerijpte baggerspecie uit de rijpingsvelden door Baggerzorg. Hiervoor zijn 10 boringen geplaatst tot een diepte van 3 meter. Elke halve meter is een monster genomen. Van alle monsters zijn het watergehalte, gloeiverlies, organisch stof gehalte, lutum-, silt en zandgehalte bepaald. Het kalkgehalte is alleen bepaald van de monsters die beproefd zijn in het laboratorium van de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde. De monsters genomen uit boring 1 t/m 4 zijn beproefd door de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde. De monsters van boring 5 t/m 10 zijn onderzocht door KOAC-WMD. De resultaten van het onderzoek zijn bijgevoegd in bijlage I en samengevat in tabel 2.3. Op basis van de korrelverdeling kan de gerijpte baggerspecie volgens NEN 5104 [lit. 5] gezien worden als KLEI, sterk zandig, matig humeus en kalkrijk.

Proefophoging A5

12

Eigenschap

Minimum

D50 < 2 µm < 63 µm > 63 µm

64 5.2 21.8 78.2

Watergehalte Gloeiverlies Organisch stofgehalte Kalkgehalte

33.5 6.1 5.4 5.1

Gemiddelde Maximum Korrelverdeling 71 75 11.6 17.2 43.0 49.6 57.0 50.4 Samenstelling 48.0 64.1 8.7 10.4 7.7 9.5 6.6

8.5

Eenheid

Aantal

µm % % %

4 60 36 36

% % %

60 60 60

%

24

Tabel 2.3: Laboratoriumresultaten klei in rijpingsvelden (januari 2001) Over de diepte variëren de verschillende eigenschappen, behoudens het watergehalte, minimaal. Bij de meeste boringen is het watergehalte aan het oppervlak het laagst (figuur 2.3). Oorzaak is dat vanaf 1998 geen actieve bewerkingen hebben plaats gevonden, waardoor het oppervlak kon uitdrogen.

Watergehalte [%] 30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Figuur 2.3: Watergehalte als functie van diepte t.o.v. bovenkant baggerspecie Bij één boring is het watergehalte aan het oppervlak hoger dan in de dieper gelegen baggerspecie (figuur 2.3: paarse lijn). Dit kan verklaard worden doordat het bovenliggende materiaal (eerste meter) kleiïger van aard is dan het diepere materiaal. Het percentage aan deeltjes kleiner dan 2 µm van het bovenliggende materiaal (14.6%) is hoger dan van het dieper gelegen materiaal (7.8%). Over het algemeen houdt kleiachtig materiaal meer vocht vast dan zandig materiaal. 2.3.2 Fase II Eind april 2001 zijn door Baggerzorg diverse boringen uitgevoerd in de rijpingsvelden waarvan mengmonsters zijn gemaakt. Doelstelling van de proeven was te onderzoeken in hoeverre de sterkte- en vervormingsparameters afhangen van het watergehalte cq. consistentie-index. Ter verificatie van de resultaten uit fase I zijn enige classificatie-eigenschappen bepaald. De proeven zijn uitgevoerd door Fugro. Tevens zijn enige proeven uitgevoerd waarbij de klei gemengd is met kalk. Deze proeven zijn tegelijkertijd uitgevoerd om tijd te winnen in het geval uit de laboratoriumproeven zou blijken dat de klei zonder toevoeging niet zou voldoen als constructief ophoogmateriaal. In de ontwerpfase heeft geen analyse van deze metingen plaatsgevonden. De resultaten van de metingen zijn vastgelegd in [lit. 4].

Proefophoging A5

13

In totaal zijn 5 mengmonsters beproefd bij 4 verschillende watergehaltes overeenkomend met een consistentie-index van respectievelijk ongeveer 0.4, 0.5, 0.6 en 0.7 [lit. 4]. De consistentie-index (Ic) is gerelateerd aan het watergehalte ten opzichte van de vloei- en plasticiteitsgrens van de klei: Ic =

met: wl wp w

= = =

wl − w wl − w p

vloeigrens (%) plasticiteitsgrens (%) watergehalte (%)

De mengmonsters zijn aangemaakt door de monsters te mengen met water tot watergehaltes overeenkomend met de hierboven genoemde consistentie-indices. De monsters zijn verdicht tot een dichtheid van ca. 100% van de één -punts Proctor-dichtheid. De resultaten van de proeven zijn weergegeven in bijlage II. Daarnaast zijn bij variërende consistentie-index één-punts Proctorproeven uitgevoerd, waarmee de verdichtingsgraad is berekend. Voor een betere vergelijking van de resultaten was het beter geweest de verdichtingsgraad te berekenen op basis van de maximale Proctordichtheid. Achtereenvolgens komen de volgende eigenschappen aan bod: • • • •

classificatie-eigenschappen; sterkteparameters; vervormingsparameters; één-punts Proctorproef.

Voor meer gedetailleerde informatie betreffende de analyse van de triaxiaal- en samendrukkingsproeven wordt verwezen naar [lit. 7]. Classificatie-eigenschappen De resultaten van de classificatieproeven zijn vastgelegd in bijlage II. De classificatie-eigenschappen zijn samengevat in tabel 2.4. Uitgangspunt voor de bepaling van de vloei- en plasticiteitsgrens zijn de proeven zoals die beschreven zijn volgens de RAW-eisen. Eigenschap

Minimum

D50 < 2 µm < 63 µm > 63 µm

68 4.9 22.8 52.6

Watergehalte Organisch stofgehalte

44.0 6.9

Vloeigrens Plasticiteitsgrens Plasticiteitindex Consistentie-index

56.0 33.0 23.0 0.52

Gemiddelde Maximum Korrelverdeling 116 179 7.2 10.3 36.2 47.4 63.8 77.2 Samenstelling 47.0 51.0 7.8 8.8 Plasticiteitgrenzen 62.6 36.6 26.0 0.60

70.0 39.0 31.0 0.67

Eenheid

Aantal

µm % % %

5 5 5 5

% %

5 5

% % % -

5 5 5 5

Tabel 2.4: Resultaten classificatieproeven Volgens de in tabel 2.4 vermelde resultaten kan de specie gezien worden als ZAND, uiterst siltig, matig humeus en kalkrijk. Het materiaal voldoet volgens dit onderzoek net aan de eisen voor ophoogzand

Proefophoging A5

14

(RAW 2000 art. 22.06.01): fractie fijner dan 2 µm ten hoogste 8% en het gehalte aan minerale deeltjes door zeef 63 µm ten hoogste 50%. Op basis van de plasticiteitgrenzen is conform de plasticiteitskaart (ASTM D2478, 1975 [lit. 6]) het materiaal te zien als een organische KLEI met een matig tot hoge plasticiteit, hetgeen overeenkomt met de beschrijving van de klei uit fase I. Sterkte De sterkteparameters zijn bepaald met triaxiaalproeven. Hiermee zijn de cohesie en inwendige wrijvingshoek bepaald die samen de bezwijkomhullende van Mohr vastleggen. Deze omhullende voldoet aan de formule van Coulomb en geldt als het bezwijkcriterium:

met: τ c σn ϕ

τ = c + σ n ⋅ tan ϕ = = = =

schuifspanning bij bezwijken (kPa) cohesie (kPa) normaalspanning (kPa) inwendige wrijvingshoek (graden)

De resultaten van de triaxiaalproeven zijn samengevat in bijlage II. De cohesie ligt over het algemeen rond de 1 kPa. De relatie tussen de inwendige wrijvingshoek en de consistentie-index is weergegeven in figuur 2.4. Hieruit blijkt dat de inwendige wrijvingshoek niet of nauwelijks afhangt van de consistentieindex. 45

40

35

30 0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

Consistentie index [-]

Figuur 2.4: Relatie inwendige wrijvingshoek en consistentie-index Vervormingsparameters De vervormingsparameters zijn bepaald door de uitvoering van samendrukkingsproeven. Op basis van de resultaten van deze proeven worden de samendrukkingsconstantes (C) en consolidatie coëfficiënt (cv) bepaald. De samendrukkingsconstantes zijn een maat voor de zetting die de grond ondervindt als gevolg van een bepaalde belasting. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in primaire (Cp) en secundaire (Cs) samendrukkingsconstantes. De eerste constante (Cp) is een maat voor de samendrukking die ontstaat door het uitpersen van water. De tweede (Cs) is afhankelijk van de mate van heroriëntatie van de kleideeltjes, ook wel kruip genoemd. De consolidatie coëfficiënt (cv) is een maat voor snelheid van de zetting. Daarnaast wordt onderscheid gemaakt tussen de samendrukkingsconstantes onder en boven de zogenaamde grenspanning (C respectievelijk C’). Als de totale belasting op een grondlaag lager is dan de grensspanning vertoont de grond over het algemeen minder zetting dan wanneer de totale belasting de grensspanning overschrijdt.

Proefophoging A5

15

De sterkte- en vervormingeigenschappen zijn bepaald bij verschillende consistentie-indices. In totaal zijn 5 mengmonsters beproef bij 4 verschillende watergehaltes overeenkomend met een consistentie-index van respectievelijk ongeveer 0.4, 0.5, 0.6 en 0.7 [lit. 4]. In figuur 2.5 zijn de samendrukbaarheid na de grensspanning (C’) en de consolidatie coëfficiënt (cv) als functie van de consistentie-index weergegeven. Ook hieruit blijkt weer dat deze parameters min of meer onafhankelijk zijn van de consistentie-index en daarmee het watergehalte.

1.0E-06

15 14 13

1.0E-07

12 11 10 9 0.30

1.0E-08 0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.30

0.90

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90



Figuur 2.5: Relatie samendrukbaarheid en consolidatie coëfficiënt met consistentie-index

Grensspanning [kPa]

40

35

30

25

20 0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90


Figuur 2.6: Relatie grensspanning met consistentie-index In figuur 2.6 is de grensspanning weergegeven als functie van de consistentie-index. Verwacht werd dat de grensspanning toe zou nemen als functie van de consistentie-index. Uit figuur 2.6 blijkt dit verband niet van toepassing te zijn. Één-punts Proctordichtheid De resultaten van de één-punts Proctordichtheid proeven zijn bijgevoegd in bijlage II. Figuur 2.6 geeft de relatie tussen de bereikte droge dichtheid en het watergehalte. De verschillende monsters geven hetzelfde verband tussen dichtheid en watergehalte te zien. Daarnaast is er geen sprake van een maximale droge dichtheid bij een optimaal watergehalte, binnen de geteste range van watergehalten. De verzadigingsgraad van de monsters in de één-punts Proctorproeven blijkt gemiddeld 93% te bedragen.

Proefophoging A5

16

1350

Droge dichtheid [kg/m3]

1300 1250

S-lijn

1200 1150 1100 1050 1000 35

40

45

50

55

Watergehalte [%]

Figuur 2.6: Relatie Proctordichtheid en watergehalte incl. S-lijn1 Algemeen De onderzochte sterkte- en vervormingseigenschappen zijn min of meer onafhankelijk van de consistentie-index en daarmee het watergehalte. Dit is in overeenstemming met de veronderstelling dat deze eigenschappen alleen afhankelijk zijn van de aard en verdichtingsgraad van met materiaal. Gezien het feit dat bovenstaande eigenschappen bij dit materiaal niet of nauwelijks blijken af te hangen van de consistentie-index zijn van de verschillende proeven de gemiddelde waarden bepaald. Een overzicht van deze gegevens is weergegeven in tabel 2.6. Eigenschap cohesie ϕ Cp Cs C Pg C p’ C s’ C’ cv (60 kPa) mv (60 kPa) k (60 kPa)

Minimum 0.0 31.0 28.8 131.1 15.5 25 16.3 98.7 9.8 1.6 10-8 2.9 10-1 1.4 10-10

Gemiddelde Maximum Sterkte-eigenschappen 1.3 8.0 34.8 41.0 Vervormingeigenschappen 47.4 64.0 211.6 289.2 24.9 33.9 30 34 18.7 20.5 145.0 189.7 12.3 14.0 7.0 10-8 2.2 10-7 5.6 10-1 1.0 100 -10 3.0 10 8.3 10-10

Eenheid

Aantal

kPa Graden

20 20

kPa m2/s m2/kN m/s

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Tabel 2.6: Sterkte- en vervormingeigenschappen Volgens NEN 6740 [lit. 8] komt de gerijpte baggerspecie wat betreft de sterkte-eigenschappen (cohesie en inwendige wrijvingshoek) overeen met sterk zandige KLEI. Gezien de vervormingeigenschappen en de dichtheid van de baggerspecie komt het materiaal overeen met zwak zandige, matig gepakte tot slappe KLEI (NEN 6740). 2.3.3 Samenvatting In tabel 2.7 zijn de resultaten uit fase I en II van de civieltechnische onderzoeken samengevat. Ondanks het feit dat volgens de korrelverdeling, zoals deze bepaald is in fase II, het materiaal gezien kan worden 1

Dichtheid in droge toestand bij een verzadigingsgraad van 100%

Proefophoging A5

17

als ZAND is gezien de resultaten uit fase I en de sterkte- en vervormingseigenschappen (fase II) de benaming KLEI op dit materiaal van toepassing. Eigenschap

Fase I Fase II Korrelverdeling D50 71 116 11.6 7.2 < 2 µm 43.0 36.2 < 63 µm 57.0 63.8 > 63 µm Samenstelling Watergehalte 48.0 47.0 Org. Stofgehalte 7.7 7.8 Kalkgehalte 6.6 Plasticiteitgrenzen Vloeigrens 62.6 Plasticiteitsgrens 36.6 Plasticiteitindex 26.0 Consistentie-index 0.60 Sterkte-eigenschappen Verdichtingsgraad 99 Cohesie 1.3 Inwendige wrijvingshoek 34.8 Vervormingeigenschappen Verdichtingsgraad 100 Grensspanning 30 Samendrukbaarheid12.3 constante primair 18.7 secundair 145.0 Consolidatie coëfficiënt 7.0 10-8 Samendrukbaarheid 5.6 10-1 Doorlatendheid 3.0 10-10

Eenheid µm % % % % % % % % % % kPa Graden % KPa m2/s m2/kN m/s

Tabel 2.7: Samenvatting eigenschappen gerijpte klei uit baggerspecie rijpingsvelden

Figuur 2.7: Weergave korrelverdeling (gele gebied) in zand-, silt- en kleidriehoek

Proefophoging A5

18

2.4 Conclusie De gerijpte baggerspecie bestaat uit KLEI, sterk zandig, matig humeus, kalkrijk met een medium tot hoge plasticiteit. Op basis van de resultaten uit fase I is geconcludeerd dat de eigenschappen van de gerijpte baggerspecie uit de rijpingsvelden zodanig waren dat het zinvol was om de ontwerpfase in te gaan. Hiertoe zijn in fase II diverse additionele onderzoeken uitgevoerd waarbij naast de korrelverdeling ook de plasticiteitsgrenzen en sterkte- en vervormingsparameters zijn bepaald.

Proefophoging A5

19

Proefophoging A5

20

3 Ontwerp ................................................................................ In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de eisen die aan wegconstructies worden gesteld en welke constructieve, uitvoerings- en materiaaleisen daarvan zijn afgeleid voor de toepassing van klei als constructief ophoogmateriaal. (paragraaf 3.1). Daarnaast kunnen ook enige specifieke ontwerpeisen een rol spelen (paragraaf 3.2). Milieukundige eisen komen aan de orde in paragraaf 3.3. Deze eisen hebben geleid tot een ontwerp van de proefophoging. De achtergronden worden toegelicht in paragraaf 3.4. Paragraaf 3.5 bevat een uitéénzetting betreffende de prognoses ten aanzien van het gedrag van de proefophoging. Conclusies volgen in paragraaf 3.6. 3.1 Civieltechnische eisen In de civiele techniek kan een aantal toepassingsmogelijkheden voor klei uit baggerspecie worden onderscheiden: wegenbouw, aanleg van dijken, stortplaatsen, geluidswallen, terreinophoging en landscaping [lit. 6]. De proefophoging maakt onderdeel uit van de onderbouw van een snelweg. De klei is toegepast als constructie-onderdeel CO: constructieve ophoging in wegen (figuur 3.1). Hierbij wordt een ophoging bedoeld voor locaties met een belangrijke bovenbelasting met stringente eisen aan draagvermogen, vervormingen en stabiliteit.

Figuur 3.1: Onderscheid constructie-onderdelen D CF CB CO

= = = =

deklaag wegfundering belastingspreidende laag constructieve ophoging

Door DWW is de systematiek “structuur in eisen” ontwikkeld [lit. 7], die is bedoeld om duidelijkheid te scheppen in de onderlinge samenhang van eisen aan wegen. Vaak wordt de “structuur in eisen” samengevat in een eisenpiramide (figuur 3.2). De top van de piramide bevat een beperkt aantal algemene eisen, die vaak moeilijk meetbaar zijn. Naar beneden in de piramide worden de eisen gedetailleerder en beter meetbaar, maar ook meer specifiek voor bepaalde materialen of constructies. De relaties tussen de eisen op verschillende niveaus kunnen worden uitgedrukt in een gebeurtenissenboom, die naar beneden steeds verder vertakt. In paragraaf 3.1.1 wordt achtereenvolgens ingegaan op de gebruikers- en prestatie-eisen die aan een wegconstructie gesteld worden. De daaruit voortvloeiende constructie-, uitvoerings-, en materiaaleisen aan de klei worden besproken in paragraaf 3.1.2.

Proefophoging A5

21

Figuur 3.2: Eisenpiramide 3.1.1 Gebruikers- en prestatie-eisen De te stellen eisen aan een ophoging waarin (gerijpte) klei wordt toegepast hebben voornamelijk betrekking op de uiteindelijke constructie (weg) die er op gebouwd wordt. Gebruikerseisen zijn eisen die door de wegbeheerder aan een weg worden gesteld [lit. 7]. Hieronder vallen eisen als: • • •

de weg moet een zeker comfort bezitten; de weg moet veilig zijn; de weg moet bereikbaar zijn.

Deze gebruikerseisen zijn vertaald naar prestatie-eisen. Dit zijn eisen aan de prestatie die de weg moet leveren. Deze zijn vertaald naar specifieke en meetbare “technische termen” als langsvlakheid, dwarsvlakheid en standzekerheid [lit. 7]. De eisen aan langsvlakheid betreffen eisen aan het maximale hoogteverschil dat mag optreden over een bepaalde afstand en het verschil in langshelling. Wat betreft dwarsvlakheid worden eisen gesteld aan de minimale en maximale dwarshelling en spoordieptes. Daarnaast bepaalt de faalkans op bezwijken de standzekerheid van de ophoging. 3.1.2 Eisen klei De prestatie-eisen die worden gesteld aan de langsvlakheid, dwarsvlakheid en standzekerheid zijn vertaald naar constructie-, materiaal en uitvoeringseisen: • • •

constructie-eisen: dit zijn eisen aan de constructie als geheel of aan onderdelen van de constructie (verharding, ballastbed, aardebaan). De eisen zijn niet afhankelijk van de materiaalkeuze; materiaaleisen: dit zijn eisen die aan het “geroerde” materiaal worden gesteld op het moment van uitvoering. Deze eisen zijn afhankelijk van de materiaalkeuze; uitvoeringseisen: dit betreffen eisen aan de eigenschappen van het “ongeroerde” materiaal zoals dat in de constructie voorkomt. De eisen zijn ook afhankelijk van de materiaalkeuze.

Proefophoging A5

22

In [lit. 7] is het verband gegeven tussen de verschillende prestatie-eisen en constructie-, materiaal-, en uitvoeringseisen. Daarnaast zijn volgens [lit. 6] nog een aantal materiaaleisen van belang. De maatgevende eisen zijn samengevat in tabel 3.1. Type eis Constructieeis

Parameter zettinggedrag klink vormgeving

E-modulus constructie stabiliteit Materiaaleis

Uitvoeringse is

consistentie-index aard materiaal organisch stof gehalte E-modulus klei verdichtingsgraad

Eis ondergrond dient een homogeen zettinggedrag te vertonen maximale klink afhankelijk van langshelling- en dwarshellingeisen dekking klei buiten druklijnen dient minimaal 1 meter te bedragen onderkant klei boven het gemiddeld hoogste grondwaterpeil te liggen bovenkant klei beneden vorstindringingsdiepte (0.60 – MV) gemeten aan bovenkant ophoging: groter dan 100 MPa veiligheidsfactor tijdens aanleg volgens NEN 6740 ≥ 0.90 veiligheidsfactor in gebruiksfase volgens NEN 6740 ≥ 1.0 minimaal 0.70 en maximaal 1.0 materiaal dient homogeen te zijn en geen grove delen te bevatten maximaal 5% gemeten aan bovenkant klei groter dan 30 MPa minimaal 97% t.o.v. één-punts Proctordichtheid bij insitu watergehalte

Tabel 3.1: Maatgevende constructie-, uitvoerings- en materiaaleisen [lit. 6 en 7]. De in tabel 3.1 weergegeven eisen zijn van toepassing voor de totale wegconstructie. Dit levert de belangrijkste eisen op die dit moment een leidraad vormen voor de toepassing van klei uit baggerspecie als constructieve ophoging in wegen (constructie-onderdeel CO). Deze eisen zijn van toepassing uitgaande van taludhellingen van 1:2 á 1:3 en een maximale ophoging van ca. 4 meter in verband met het evenwichtsdraagvermogen. Dit wil niet zeggen dat hogere ophogingen niet mogelijk zijn, echter dan zal een hogere consistentie-index dan wel sterkte benodigd zijn. Over het algemeen kan gesteld worden dat indien voldaan wordt aan de materiaal- en uitvoeringseisen ook wordt voldaan aan de constructie-eisen wat betreft klink, E-modulus en stabiliteit. Tevens is bij de gestelde consistentie-index de klei verwerkbaar. Mocht het materiaal niet voldoen aan de eis ten aanzien van het organisch stof gehalte en of consistentie-index dan is het nog steeds mogelijk dit materiaal toe te passen. Wel is dan extra onderzoek noodzakelijk ten aanzien van de sterkte- en samendrukkingseigenschappen. Daarnaast kunnen door aanpassing van de vormgeving van de ophoging de gevolgen van het niet voldoen aan de eis voor het organisch stof gehalte en of consistentie-index en de daarmee gepaarde gaande consequenties betreffende klink, stabiliteit en Emodulus beheerst worden. Een aantal eisen zijn hieronder uitgewerkt [lit. 6] beginnende vanaf de materiaaleisen: Consistentie-index De consistentie-index (IC) geeft een indicatie van de geroerde ongedraineerde schuifsterkte en is daarmee een maat voor de verwerkbaarheid van de klei (figuur 3.3). Bij een watergehalte dat gelijk is aan de vloeigrens van de klei (IC = 0) is de schuifsterkte ca. 1 tot 5 kPa. Is het watergehalte afgenomen tot de plasticiteitsgrens van de klei (IC = 1) dan is de schuifsterkte toegenomen tot ca. 50 – 200 kPa.

Proefophoging A5

23

Uit buitenlandse ervaringen, ervaringen met Nederlandse kleidijken en ervaring opgedaan met een aantal proefophogingen is gebleken dat de verwerkbaarheid van de klei vastgesteld kan worden met de consistentie-index. Een goede verwerkbaarheid betekent dat het aan te brengen kleilichaam begaanbaar is voor “normaal” materieel, zoals bijvoorbeeld bulldozers of scrapers en dat het materiaal goed te verdichten is. De verwerkbaarheid is afhankelijk van het watergehalte van de klei. Het materiaal mag niet te droog te zijn (kleibrokken verdichten niet), maar ook niet te nat (kleilichaam is niet begaanbaar). Gewoonlijk wordt de verwerkbaarheid van klei in de praktijk in verband gebracht met de consistentieindex. Deze moet tijdens het aanbrengen van de klei liggen tussen 0.6 en 1.0.

Figuur 3.3: Geroerde schuifsterkte versus consistentie-index E-modulus Het vormveranderingsdraagvermogen is afhankelijk van de E-modulus en is het vermogen van een lichaam om zonder excessieve vervormingen de maatgevende belasting te ondergaan. Deze is afhankelijk van de stijfheid en de schuifsterkte van de ondergrond. In de praktijk blijkt dat een minimale consistentie-index van 0.7 voldoende is om tot een redelijke dimensionering van het wegontwerp te komen [lit. 7]. Stabiliteit De belasting waarbij geen instabiliteit van de constructie optreedt, is het evenwichtsdraagvermogen. Dit wordt bepaald door de sterkte van de klei, die met name afhankelijk is van het vochtgehalte en

Proefophoging A5

24

gedeeltelijk de verdichtingsgraad. Uit de praktijk blijkt dat bij ophogingen tot ca. 4 meter hoogte aan het evenwichtsdraagvermogen wordt voldaan wanneer de consistentie-index groter is dan 0.7 [lit. 6]. Daarnaast dient de verdichtingsgraad voldoende te zijn om verweking en daarmee sterkteverlies op termijn te voorkomen. Klink/zwel De volumevastheid van een ophoging in klei is sterk afhankelijk van het vochtgehalte. Klink door consolidatie kan optreden bij een te lage consistentie. Een te hoge consistentie kan zwel veroorzaken. Over het algemeen keert het materiaal naar een “natuurlijk evenwicht” (Ic = 0.6 á 0.7). Daarnaast heeft ook het organisch stof gehalte invloed op de volumevastheid doordat door biologische afbraak in de constructie het volume van het organisch stof afneemt en daarmee additionele klink veroorzaakt. Dit laatste is alleen van toepassing voor constructie-onderdelen die blootstaan aan de lucht. Vormgeving Het doel van de gestelde vormgevingseisen is de invloed van de externe factoren op het gedrag van de klei te beperken. Indien klei niet voldoet aan de gedefinieerde materiaaleisen is het mogelijk door aanpassing van de vormgeving het toch mogelijk te maken de klei toe te passen en te voldoen aan de gestelde constructie-eisen. De eis met betrekking tot de dekking van de klei buiten de druklijnen onder de weg (minimaal 1 meter) voorkomt krimp en zwel door weersinvloeden, alsmede afbraak van organisch materiaal door blootstelling aan zuurstof uit de lucht. Daarnaast heeft de eis met betrekking tot de grondwaterstand als doel verweking van de klei te voorkomen door continue verzadiging. De maatgevende periode is gelijk aan de levensduur van de weg. De zetting van de ondergrond is bepalend of de ligging van de onderkant van de klei gedurende de gebruiksfase verandert. Tenslotte is de eis met betrekking tot de vorstindringingsdiepte gesteld vanwege de vorstgevoeligheid van klei. Dit houdt in dat bij bevriezing grote heffingen optreden. De vorstbestendigheid is voldoende. Dit houdt in dat de eigenschappen van de korrels door bevriezing niet veranderen. 3.2 Specifieke ontwerpeisen In [lit. 7] is een aantal situaties beschreven waardoor het mogelijk is dat niet wordt voldaan aan één van de constructie-eisen. Tevens wordt aangegeven wat de noodzakelijke ontwerpaanpassingen ten opzichte van de standaardconstructie dienen te zijn zodat wel wordt voldaan aan de constructie-eisen. Hieronder is een samenvatting gegeven van belangrijke extern invloeden die aanleiding kunnen geven tot ontwerpaanpassingen: Aanwezigheid sloten Over het algemeen zullen sloten met zand worden gedempt. Mocht dit reden geven tot niet gewenste zettingsverschillen dan zijn de volgende maatregelen mogelijk ter reductie van de zettingsverschillen in de gebruiksfase: • • •

sloten opvullen met lichter materiaal of gebiedseigen materiaal; toepassing tijdelijke overhoogte ter plaatse van sloot; talud sloot afgraven tot 1:10: hiermee is de zetting over grotere afstand uit te spreiden.

Proefophoging A5

25

Optreden van zetting van de ondergrond Door zetting van de ondergrond kan de onderkant van de klei op lange termijn onder het niveau van het gemiddeld hoogste grondwaterpeil zakken, rekening houdend met opbolling van het waterpeil. Maatregelen om dit te voorkomen zijn de klei hoger aan te leggen door toepassing van een dikkere zandlaag tussen grondwater en de klei. Daarnaast kan gedacht worden aan de toepassing van drains om de opbolling van het grondwater te verkleinen. In de ontwerpfase zal aan de hand van zettingsberekeningen van de ondergrond de hoogte van de onderkant van de klei bepaald dienen te worden. 3.3 Ontwerp proefophoging In figuur 3.5 is het ontwerp gegeven van een representatieve dwarsdoorsnede van de proefophoging [lit. 7]. Het ontwerp voldoet gedeeltelijk aan de in tabel 3.1 beschreven constructie-, uitvoerings- en materiaaleisen. In tabel 3.3 is aangegeven op welke wijze aan de verschillende eisen is voldaan of voldaan zal worden. Bij het niet voldoen aan één van de eisen is aangegeven welke aanvullende maatregelen zijn genomen.

Figuur 3.5: Ontwerp proefophoging

Proefophoging A5

26

Type eis Constructie-eis

Parameter zettinggedrag klink vormgeving

E-modulus constructie stabiliteit3 Uitvoeringseis

Materiaaleis

E-modulus klei verdichtingsgra ad consistentieindex aard materiaal organisch stof gehalte

Ontwerp geen sloten aanwezig: verwachting zettinggedrag homogeen klink na verwijderen tijdelijke overhoogte maximaal 0.11 meter: dimensionering overgangshelling op basis van 0.15 meter2 dekking klei buiten druklijnen bedraag ca. 1.5 meter gemiddelde grondwaterstand ligt ca. 2 meter beneden onderkant klei afdekkende laag minimaal 1.5 meter dik dikte zand onder verhardingsconstructie: 1 meter tijdens aanleg: voldoende op basis van ingenieursgevoel gebruiksfase: voldoende op basis van ingenieursgevoel voldoende volgens ingenieursgevoel en ervaring met ophoging bij de Slufter controle met proeven te laag op basis van geschiktheidsonderzoek fase I (Ic = 0.60) visuele controle op homogeniteit en vuil te hoog op basis van geschiktheidsonderzoek fase I (7.7%) Tabel 3.3: Ontwerp ophoging

Het in tabel 3.3 en figuur 3.5 weergegeven ontwerp is hieronder uitgewerkt: Zettinggedrag Ter plaatse van de proefophoging zijn geen sloten die gedempt moeten worden. Er kan dus worden verwacht dat het zettinggedrag van de ondergrond homogeen is. Of de ondergrond ter plaatse van de proefophoging homogeen is, is niet nagegaan. Klink Verwacht wordt dat de kleikern onder invloed van de verhardingsconstructie, zandbed en een extra zandlaag ter compensatie van de zetting een totale klink zal vertonen van 0.56 meter. De dimensionering van de overgangshelling in langsrichting en dwarsrichting [lit. 7] is gebaseerd op een klink na oplevering van de wegconstructie van maximaal 0.15 meter, gemeten over 30 jaar (10.000 dagen). Hierbij is uitgegaan van de toepassing van een tijdelijke overhoogte van 2 meter gedurende een consolidatieperiode van 1 jaar. Deze tijdelijke overhoogte was reeds meegenomen in het ontwerp voor een ophoging uit zand om de restzetting van de ondergrond tot nul te reduceren. Vormgeving De dekking van de klei buiten de druklijnen bedraagt minimaal 1.5 meter, zodat ruimschoots aan de eis van 1 meter wordt voldaan. De gemiddelde grondwaterstand ligt ca. 2 meter beneden de onderkant van de klei. Uit berekeningen door het bouwteam A5 bleek dat de ondergrond na 30 jaar ca. 0.30 meter zetting zou vertonen onder het gewicht van de ophoging en de tijdelijke voorbelasting. Ook op termijn is de afstand tussen het grondwaterpeil en de onderkant van de klei voldoende. De bovenkant van de klei ligt ca. 1.5 meter beneden de bovenkant van de proefophoging: ruim beneden de vorstindringingsdiepte (0.6 meter). 2 3

Bij een overgangshelling in langsrichting van 1:3.5 en in dwarsrichting van 1:0.64 [lit. 7]. Later nagerekend: ruim voldoende.

Proefophoging A5

27

E-modulus constructie Op basis van een te bereiken verdichtingsgraad van de kleikern van 97% en een afdekkende zandlaag van minimaal 1 meter dik wordt verwacht dat de E-modulus boven de 100 MPa zal liggen. Stabiliteit Op basis van ingenieursgevoel is verondersteld dat de ophoging bij een taludhelling van 1:2 zowel tijdens de aanleg als in de gebruiksfase voldoende stabiel is. Later zijn berekeningen gemaakt met als resultaat dat de stabiliteit ruim voldoende bleek te zijn. Consistentie-index De consistentie-index van de klei (0.60) leek te laag om deze te kunnen toepassen als constructief ophoogmateriaal. Besloten is om gezien de toenmalige beschikbaarheid van een proeflocatie voor de proefophoging bij de A5 voor aanvang van de bouw van de proefophoging een toetsvak aan te leggen. Het doel van het toetsvak was om na te gaan of de klei bij de huidige consistentie-index verwerkbaar en begaanbaar was voor het materieel benodigd om de klei aan te brengen en te verdichten. Daarnaast is tijdens de aanleg van het toetsvak gecontroleerd of de verdichtingseis haalbaar was. Indien beide doelen niet haalbaar waren, zou de aanleg van de proefophoging niet doorgaan. Aard materiaal De aangevoerde klei dient tijdens de uitvoering visueel gecontroleerd te worden op homogeniteit en het voorkomen van vuil. Organisch stof gehalte Een organisch stof gehalte van 7.7% is, gelet op de materiaaleisen, in principe te hoog om toe te passen in de proefophoging. De vormgevingseis ten aanzien van de dekking van de klei buiten de druklijnen voorkomt dat afbraak van organisch materiaal door blootstelling aan lucht zal plaatsvinden. De verwachting is dus dat bij deze constructie het organisch stof gehalte niet of nauwelijks zal afnemen en daarmee nauwelijks extra klink zal veroorzaken. Op basis van deze veronderstelling is geconcludeerd dat de overschrijding van het maximale organisch stof gehalte (5%) geen of nauwelijks gevolgen zal hebben voor de klink van de constructie door vertering van organisch materiaal en daarmee het materiaal toepasbaar is in een constructieve ophoging. E-modulus klei Op basis van ingenieursgevoel en ervaring met de ophoging bij de Slufter is geconcludeerd de elasticiteitsmodulus van de klei boven de 30 MPa zal liggen. Verdichtingsgraad De verdichtingsgraad dient tijdens de uitvoering per laag gecontroleerd te worden op basis van de droge dichtheid bepaald met de steekringmethode en de maximale Proctor-dichthid bij het in-situ watergehalte. 3.4 Prognose gedrag Belangrijkste civieltechnische prognose is de voorspelling ten aanzien van de klink van de ophoging. Op basis van zettingsberekeningen [lit. 7] wordt verwacht dat de kleikern een klink zal vertonen van 0.56 meter (na 30 jaar). Door toepassing van een tijdelijke overhoogte (2 meter) gedurende een consolidatieperiode van 1 jaar zal de klink in de gebruiksfase maximaal 0.15 meter bedragen. Hierbij is

Proefophoging A5

28

geen rekening gehouden met additionele klink als gevolg van de relatief lage consistentie-index van het materiaal en het hoge organisch stof gehalte. Wat betreft het organisch stof gehalte is verondersteld dat bij voldoende dekking van de klei buiten de druklijnen (1 meter) de externe invloed van zuurstof op de vertering van organisch materiaal niet of nauwelijks merkbaar is. Met andere woorden: er zal geen of nauwelijks enige afname van het organisch materiaal op treden en daarmee wordt extra klink voorkomen. Daarnaast is de verondersteld dat de dynamische elasticiteitsmodulus van de constructie bij een zandbeddikte van 1 meter en een minimale verdichtingsgraad van 97% minimaal 100 MPa zal bedragen. 3.5 Conclusies Het ontwerp van de proefophoging voldoet aan alle constructie-eisen en daarmee aan alle gestelde prestatie-eisen, ondanks dat de gerijpte baggerspecie niet voldoet aan alle materiaaleisen. Door in het ontwerp van de vormgeving van de ophoging hiermee rekening te houden is toch een ontwerp verkregen die voldoet aan alle constructie-eisen. Op basis van de consistentie-index van de klei (Ic = 0.60) is geconcludeerd dat getoetst diende te worden of de klei begaanbaar was voor het materieel om de klei in de ophoging te verwerken. Besloten is om aan de hand van een toetsvak voor aanleg van de proefophoging de begaanbaarheid van de klei na te gaan en daarmee de haalbaarheid van de proefophoging aan te tonen. Daarnaast overschrijdt het organisch stof gehalte van de klei (7.7%) de gestelde eis (5%). Door voldoende dekking van de klei buiten de druklijnen (minimaal 1 meter) wordt verondersteld dat vertering van organisch materiaal door blootstelling aan zuurstof niet of nauwelijks zal optreden en daarmee geen additionele klink zal opleveren. Door toepassing van bovenstaande vormgevingseis lijkt het gerechtvaardigd aan te nemen dat een overschrijding van het maximale organisch stof gehalte geen onoverkomelijke gevolgen heeft voor de klink van de constructie door vertering van organisch materiaal. Op basis van de bepaalde vervormingseigenschappen van de klei zijn de overgangshellingen in langs- en dwarsrichting van de constructie ontworpen, zodanig dat aan de prestatie-eisen voor de langs- en dwarsvlakheid is voldaan. Bij toepassing van een tijdelijke overhoogte wordt de klink van de kleikern in de gebruiksfase geminimaliseerd tot 0.15 meter. Daarnaast is op basis van ingenieursgevoel en later op basis van stabiliteitsberekeningen bepaald dat op basis van de bepaalde sterkte-eigenschappen van de klei de ophoging bij een taludhelling 1:2 zowel tijdens de aanleg als in de gebruiksfase voldoende stabiel is.

Proefophoging A5

29

Proefophoging A5

30

4 Uitvoering ................................................................................ Paragraaf 4.1 bevat een beschrijving van de locatie van de proefophoging. De gerijpte baggerspecie is in de proefophoging aangebracht in de periode tussen 16 juli en 13 augustus 2001. Op de eerste dag is een toetsvak aangelegd. De resultaten van dit toetsvak komen aan de orde in paragraaf 4.2. Hierna is ingegaan op de aanleg van de proefophoging zelf (paragraaf 4.3). In deze paragraaf komen achtereenvolgens aan bod: voorbereidende werkzaamheden, uitvoeringsperiode, de aanvoer van de klei, methode van aanleg, weersomstandigheden, maatregelen tijdens neerslag en de afwerking. Ter controle zijn diverse proeven uitgevoerd tijdens de aanleg van de proefophoging. De resultaten komen in paragraaf 4.4 aan de orde. Paragraaf 4.5 bevat de resultaten van het vastleggen van de milieukundige situatie van de ondergrond. Daarnaast is in paragraaf 4.6 een overzicht gegeven van de meetinstrumenten die ten behoeve van de monitoring in of op de proefophoging zijn aangebracht. Hoofdstuk 4.7 bevat een korte samenvatting van alle metingen. Het hoofdstuk is afgesloten met enige conclusies en aanbevelingen (paragraaf 4.8). 4.1 Locatie proefophoging De proefophoging ligt aan de oostelijke zijde langs de autosnelweg A4 Den Haag – Amsterdam (km 10.500 en km 10.700) nabij de afslag Hoofddorp/Aalsmeer en maakt onderdeel uit van de terp voor de fly-over over de A4 (figuur 4.1). Deze fly-over vormt, komende vanuit zuidelijke richting, de verbinding tussen de A4 en de A5 die in aanleg is. In eerste instantie zou de proefophoging aangelegd worden aan de westelijke zijde van de A4. In overleg met het Bouwteam A5 is besloten de proefophoging aan de oostelijke zijde van de A4 aan te leggen. Logistieke aspecten lagen hieraan ten grondslag. Ter plaatse van de proeflocatie ligt het maaiveld op ca. NAP –4.5 meter. Het zomerpeil van de sloten ligt op NAP –6.0 meter en het winterpeil op NAP –6.15 meter.

Richting Amsterdam

A4 Figuur 4.1: Locatie Proefophoging

Proefophoging A5

31

4.2 Toetsvak Het toetsvak is aangelegd op 16 juli 2001. Het doel was om na te gaan of de klei verwerkbaar en begaanbaar was voor het materieel en of de verdichtingseis haalbaar was. Al spoedig bleek dat de klei begaanbaar was voor het materieel. De hydraulische kraan, bulldozer en wals kunnen zonder problemen over de aangevoerde klei rijden, zonder dat deze wegzakten in de klei (figuur 4.2). Wat betreft de verdichtingseis speelde de laagdikte van de aangebrachte kleilagen een rol en het aantal walsgangen noodzakelijk om de gewenste verdichting te bereiken. Uitgangspunt voor de uitvoering was om de klei in lagen van ca. 0.35 meter aan te brengen en met walsen tot een minimale verdichtingsgraad van 97% (gebaseerd op de Proctordichtheid bij het in-situ watergehalte) te verdichten.

Figuur 4.2: Aanleg toetsvak Over een lengte en breedte van ca. 100 respectievelijk 3.5 meter is een laag klei met een dikte van 0.35 meter aangebracht. Deze klei is verdicht met een wals. Op basis van het toetsvak is geconcludeerd dat na 4 walsgangen een laag van 0.35 meter klei voldoende verdicht was om te voldoen aan de vereiste verdichtingsgraad4. De eerste 3 walsgangen werd dynamisch verdicht. De vierde en laatste walsgang werd statisch uitgevoerd. Zoals uit figuur 4.3 blijkt, lijkt de vierde walsgang niet strikt noodzakelijk. Echter het dynamisch verdichten verstoort de bovenste 5 centimeter van de klei enigszins. Daarom werd in de laatste walsgang de bovenlaag verdicht door een extra walsgang uit te voeren zonder te trillen. Tevens bleek dat de klei, ondanks dat het watergehalte te hoog en daarmee de consistentie-index te laag waren (zie hoofdstuk 3), berijdbaar was voor het materieel. Daarnaast bleek dat na het verdichten de laagdikte van de klei was afgenomen van 0.35 tot 0.30 meter.

4

Tijdens de aanleg van het toetsvak is de verdichtingsgraad alleen gemeten met de nucleaire verdichtingsmeter. Bij toepassing van een nucleaire verdichtingsmeter dienent de waarden zoals die afgelezen worden gecorrigeerd te worden voor het werkelijke watergehalte. Dit is ten tijde van de aanleg van het toetsvak niet gebeurd. De waarden in figuur 4.3 zijn dus niet voor het werkelijke watergehalte gecorrigeerd.

Proefophoging A5

32

100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 0

1

2

3

4

5

Aantal walsgangen [-]

Figuur 4.3: Verdichtingsgraad als functie van het aantal walsgangen (toetsvak) 4.3 Aanleg proefophoging In de ophoging is ca. 10.000 m3 gerijpte baggerspecie verwerkt over een lengte van ca. 125 meter. De totale hoogte van de kleikern in de proefophoging is 4 meter. De bovenkant van de kleikern heeft een breedte van ca. 12 meter. De taluds zijn aangebracht onder een helling van 1:2. De klei is in 13 lagen tussen 16 juli en 9 augustus aangebracht. Wat betreft de aanleg van de proefophoging komen achtereenvolgens aan bod: • • • • • • •

voorbereidende werkzaamheden (paragraaf 4.3.1); uitvoeringsperiode (paragraaf 4.3.2); controle aanvoer (paragraaf 4.3.3); methode van aanleg (paragraaf 4.3.4); weersomstandigheden (paragraaf 4.3.5); maatregelen tijdens neerslag (paragraaf 4.3.6); afwerking (paragraaf 4.3.7).

4.3.1 Voorbereidende werkzaamheden Voorafgaand aan de aanleg van de proefophoging is een cunet gegraven van ca. 0.5 tot 1 meter diep, behoudens in het midden van de ophoging. Hier is parallel aan de A4 een kabel- en leidingenbundel aanwezig. Deze bundel is niet verplaatst maar opgenomen in het cunet. In het cunet is een laag ophoogzand aangebracht met een dikte van 1 meter. Daarnaast zijn in de voorbereiding een 9-tal dwarsprofielen vastgelegd, waarvan gedurende het verloop van het project de hoogten zijn gemeten (bijlage III). 4.3.2 Uitvoeringsperiode Na de aanleg van het toetsvak is begonnen met de aanleg van de proefophoging in de periode van 16 juli tot en met 9 augustus 2001 [lit. 9]. Van 16 juli tot 3 augustus zijn twaalf lagen klei aangebracht (tabel 4.1). Behoudens twee onderbrekingen voor het inbrengen van meetinstrumenten en een ongeluk op de A4, waardoor de aanvoer van de baggerspecie stagneerde, werd elke dag één laag klei met een dikte van 0.30 meter (na verdichten) aangebracht. Op 6 augustus ontstond een serieuze werkonderbreking. In de middag begon het te regenen en de 13e en laatste laag kon niet volledig aangebracht worden. Pas op 9 augustus waren de weersomstandigheden zodanig dat de 13e laag volledig aangebracht en verdicht kon worden.

Proefophoging A5

33

Laag (nr.) 1 2

Aangebracht (d-m-j) 16 juli 18 juli

23/24 juli 25 juli 26 juli 27/30 juli

Weer (-) droog kleine buien droog kleine buien droog droog droog droog

3 4

19 juli 20 juli

5 6 7 8 9 10 11 12 13

30/31 juli 1 augustus 2 augustus 3 augustus 6/9 augustus

droog droog droog buien regen

Controle verdichting (d-m-j) 17 juli 18 juli

Vertraging (j/n) ja nee

19 juli 20 juli

nee nee

24 juli 25 juli 26 juli 30 juli

ja nee nee ja

31 juli 1 augustus 2 augustus 3 augustus 6/9 augustus

nee nee nee nee ja

Oorzaak (-) toetsvak

inbouw TDR-meters

aanvoer stagneerde ongeluk A4

regen

Tabel 4.1: Overzicht uitvoeringsperiode 4.3.3 Controle aanvoer Gedurende het project zijn steekproeven uitgevoerd in de rijpingsvelden ter beoordeling van de aan te voeren klei. Hierbij is het watergehalte gemeten (met behulp van een magnetron) en is de klei visueel op geschiktheid beoordeeld. Daarnaast zijn de ladingen klei die met vrachtwagens werden aangevoerd bij aankomst bij de proefophoging nogmaals visueel beoordeeld op hun geschiktheid als ophoogmateriaal. De resultaten ten aanzien van de watergehalte-metingen zijn samengevat in tabel 4.2. Uit deze metingen blijkt dat de klei die voor de eerste lagen is aangevoerd een hoger watergehalte (ca. 47.5%) had dan de klei die later is aangevoerd (ca. 39%). Datum (d-m-j) 16-07-2001 19-07-2001 25-07-2001 01-08-2001 Gemiddeld

min (%) 46.8 28.0 31.3 30.1 -

Watergehalte gem max (%) (%) 47.4 48.3 47.6 57.6 39.7 45.4 38.3 46.8 43.3 -

Tabel 4.2: Resultaten watergehalte rijpingsvelden In de klei was puin aanwezig. Soms staken na het verdichten nog puinresten boven het verdichte oppervlak uit. Deze puinresten werden verder de klei ingeduwd, waarna er opnieuw verdicht werd. Éénmaal stak er een autoband uit de verdichte klei. Deze is er uitgetrokken en afgevoerd. 4.3.4 Methode van aanleg De aanvoer van de klei vanuit de rijpingsvelden vond plaats met vrachtwagens. Ter plaatse reden deze achteruit het werk in. De vrachtwagen reden over rijplaten, zodat ze niet wegzakten in de onverdichte klei. Een hydraulische kraan assisteerde bij het lossen van de klei. Na het lossen verspreidde een bulldozer in combinatie met de hydraulische kraan de klei in lagen van 0.35 meter over de

Proefophoging A5

34

proefophoging (figuur 4.4). Direct na het aanbrengen en verspreiden van de klei zorgde een wals (type Demac) in 4 walsgangen voor de verdichting van de klei.

Figuur 4.4: Lossen en verspreiden klei Het terrein van de proefophoging was min of meer in twee delen verdeeld (figuur 4.5). De werkvolgorde was gebaseerd op het aanbrengen en verspreiden van de klei in het eerste gedeelte waarna de klei verdicht werd. Tijdens het verdichten van het eerste gedeelte voerden de vrachtwagens de klei aan in het tweede gedeelte. Zodra de klei verspreid was in het tweede gedeelte en het eerste gedeelte verdicht was startte het verdichten van het tweede gedeelte. Hierdoor was sprake van een min of meer continu werkproces.

Aanbrengen en verspreiden

Deel II

Verdichten

Deel I

Figuur 4.5: Werkvolgorde Na het verdichten (figuur 4.6) werden monsters genomen met een steekring voor het bepalen van de verdichtingsgraad op basis van de één-punts Proctordichtheid. Daarnaast zijn nucleaire dichtheidsmetingen uitgevoerd. De verdichtingsgraad gemeten op basis van de steekring waren maatgevend voor de uitvoering. Door direct na het gereedkomen van deel I de verdichtingsgraad te bepalen was de bereikte verdichtingsgraad van deel I nog dezelfde dag bekend. Hierdoor kon de volgende dag direct weer klei aangevoerd worden naar dit deel. De bereikte verdichtingsgraad in deel II was de volgende morgen bekend. Ruim op tijd om ook op dit gedeelte weer een volgende laag klei aan te brengen.

Proefophoging A5

35

Figuur 4.6: Verdichten klei

4.3.5 Weersomstandigheden Een overzicht van de weersomstandigheden is gegeven in bijlage IV (temperatuurverloop, hoeveelheid neerslag en zonneschijn uren) gedurende de uitvoeringsperiode (16 juli tot en met 9 augustus 2001). De gegevens zijn gebaseerd op metingen uitgevoerd bij het meest nabij gelegen weerstation De Bilt. In tabel 4.3 is een samenvatting gegeven van de gevens. Tevens zijn de waarden gegeven zoals die normaal optreden. Deze zijn bepaald over een periode van 30 jaar (1961 – 1990). Parameter Temperatuur: gemiddeld Neerslag: hoeveelheid Zonneschijn: uren

Normaal 16.8 58.7 154.7

Gemeten 18.1 105.5 161.2

graden Celsius Mm Uur

Tabel 4.3: Samenvatting weergegevens De Bilt (periode 16 juli – 9 augustus 2001) Uit deze gegevens blijkt dat tijdens de uitvoeringsperiode de gemiddelde temperatuur iets hoger lag dan normaal. Het aantal uren zonneschijn was vergelijkbaar met de normaal optredende zonneschijn. Daarnaast is bijna twee keer zoveel neerslag gevallen als normaal. Deze neerslag is voornamelijk gevallen in twee periodes (18 t/m 19 juli en 5 t/m 9 augustus). Tijdens de eerste periode viel gedurende twee dagen gemiddeld ca. 10 millimeter per dag. Deze neerslag gaf geen aanleiding tot het staken van de werkzaamheden. In augustus is gedurende zes dagen gemiddeld meer dan 10 millimeter per dag gevallen. Tijdens deze periode is het aanbrengen van de 13e laag stop gezet. Dit heeft het project 3 dagen vertraagd. Op 9 augustus was de neerslag voldoende afgenomen om laag 13 af te maken. Op basis van de beschikbare gegevens is geen reden te geven waarom in de eerste periode de werkzaamheden niet gestaakt behoefden te worden en in de tweede periode wel. 4.3.6 Maatregelen tijdens neerslag Zoals aangeven in paragraaf 4.3.2 is de proefophoging opgebouwd in 13 lagen. De weersomstandigheden waren zodanig dat pas tijdens het aanbrengen van de 13e laag de werkzaamheden gestaakt dienden te worden vanwege overvloedige neerslag. Het water dat op het kleioppervlak bleef staan werd afgevoerd door het graven van geulen. Daarnaast schoof de bulldozer plassen water van de ophoging af. Tijdens de uitvoering was tevens rekening gehouden met regenbuien. Door de ophoging schuin hellend (helling 2%) op te bouwen is de afwatering over het kleioppervlak bevorderd. Deze helling liep af vanaf de snelweg. In het gedeelte tussen de A4 en proefophoging is de afwatering bevorderd door een drain (figuur 4.7). Daarnaast is na het aanbrengen van de laatste laag de ophoging onder een dakprofiel afgewerkt. Hiermee wordt de afwatering over de kleikern naar de zijkanten in de gebruiksfase bevorderd.

Proefophoging A5

36

De hier toegepaste aanbouw van de ophoging tegen de bestaande A4 aan, waarbij water zich tussen beide ophogingen kan verzamelen, is in het algemeen niet wenselijk (figuur 4.7a). Beter zou het zijn geweest de kleiophoging als een parallellogram tegen de bestaande ophoging op te bouwen (figuur 4.7b).

afwaterend: helling 2%

A4

drain

Figuur 4.7a: Afwatering tijdens aanleg

A4

Figuur 4.7b: Opbouw tegen bestaande ophoging 4.3.7 Afwerking De bovenkant van de kleikern is afgewerkt volgens een dakprofiel. Hierbij ligt het midden van de kleikern hoger dan de rand van de kleikern. Doel hiervan is in de gebruiksfase van de ophoging afstroming van regenwater te bevorderen en daarmee indringing van het water water zoveel mogelijk te voorkomen. Het midden van de kleikern ligt ca. 35 centimeter hoger dan de oostelijke rand, resulterend in een gemiddeld afschot van 4 % (figuur 4.8). Aan de westelijke zijde (A4) is dit verschil maar enige centimeters (gemiddelde afschot 1%). bovenkant kleikern verschil ca. 5 centimeter

verschil ca. 35 centimeter

westzijde – A4

oostzijde

Figuur 4.8: Afschot bovenkant kleikern

Proefophoging A5

37

Het talud van de ophoging is vlak afgewerkt onder een helling van 1:2 met behulp van een hydraulische kraan. Deze vlakke afwerking is noodzakelijk om indringing van regenwater in het talud te voorkomen. Uiteindelijk zijn de taluds afgewerkt met afdekgrond. Bovenop de ophoging is zand aangebracht. Aan de zijkanten is een laag van 1 meter afdekgrond aangebracht. Bovenop de kleikern is begin september 2001 1 meter zand aangebracht. Begin oktober 2001 is een tijdelijke overhoogte aan zand (dikte ca. 4 meter) op de ophoging geplaatst. In figuur 4.9 is een schematisch dwarsprofiel gegeven van de uiteindelijke proefophoging. Deze tijdelijke overhoogte is in december 2002 en januari 2003 verwijderd. afdekgrond

zand 5 meter

A4 kleikern 4 meter

drainagezand 1 meter

Figuur 4.9: Schematische weergave proefophoging

4.4 Meetresultaten en analyse In [lit. 10] is beschreven welke eigenschappen van de klei tijdens de uitvoering vastgelegd dienden te worden. Tabel 4.4 geeft een overzicht van de gemeten eigenschappen, toegepaste beproevingsmethode, aantal proeven en doelstelling. Eigenschap Watergehal te Dichtheid

Sterkte

Meetmethode Droging

Aantal 133

Nucleair

252

Steekring

133

Één-punts Proctorproef Één-punts valconusproef

28 133

Doelstelling Controle watergehalte Bepaling dichtheid/verdichtingsgraad Bepaling dichtheid/verdichtingsgraad Controle verdichtingsgraad Indirecte bepaling van de sterkte

Tabel 4.4: Overzicht uitgevoerde proeven De resultaten van de in tabel 4.4 vermelde proeven zijn samengevat in bijlage V en beschreven in paragraaf 4.4.1. De analyse van de resultaten volgt in paragraaf 4.4.2. 4.4.1 Resultaten Na het verdichten van elke laag zijn over het oppervlak 10 meetpunten geselecteerd. Per meetpunt zijn de volgende eigenschappen bepaald: • • •

watergehalte en in-situ dichtheid; verdichtingsgraad op basis van gemeten droge dichtheid en één-punts Proctordichtheid; sterkte door middel van valconusproef.

Proefophoging A5

38

Watergehalte en in-situ dichtheid Tabel 4.5 geeft een overzicht van het gemiddelde watergehalte (bepaald met een magnetron) en in-situ dichtheid per laag (monster genomen met steekring). Tevens zijn de minimum en maximum waarden vermeld. Vanaf laag 7 ligt het watergehalte van de klei structureel onder de 40%. Dit komt overeen met de metingen die uitgevoerd zijn in de rijpingsvelden (tabel 4.2). Hieruit blijkt dat de klei die na 25 juli (laag 7 en verder) is aangevoerd een lager watergehalte heeft (39.0%) dan de klei die voor 25 juli is aangevoerd (49.5%). Het gemiddelde watergehalte (42.7%) komt goed overeen met het gemiddelde watergehalte zoals dat tijdens de uitvoering in de rijpingsvelden is bepaald (43.3%: tabel 4.2). Laag (nr.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 gem

Watergehalte min gem max (%) (%) (%) 41.6 48.9 53.3 41.7 48.9 54.2 40.5 50.3 61.6 41.0 47.7 52.8 40.1 43.3 47.2 40.5 45.3 51.0 34.6 39.8 44.9 33.0 35.0 40.9 34.3 38.0 43.6 27.8 35.0 43.5 32.5 37.9 45.1 33.0 38.2 47.6 38.0 40.4 45.6 42.2 -

Aantal (-) 10 13 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 133

In-situ dichtheid min Gem max (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 1538 1581 1632 1569 1607 1660 1496 1594 1694 1557 1603 1633 1584 1655 1723 1603 1655 1733 1670 1717 1745 1643 1679 1718 1651 1715 1802 1681 1721 1754 1651 1698 1740 1653 1695 1745 1699 1745 1853 1667 -

Aantal (-) 10 13 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 133

Tabel 4.5: Resultaten watergehalte en in-situ dichtheid

Verdichtingsgraad en één-punts Proctordichtheid Tabel 4.6 geeft een overzicht van de gemiddeld behaalde verdichtingsgraad. Tevens zijn de minimum en maximum waarden vermeld. Daarnaast zijn de resultaten gegeven van de bepaling van de één-punts Proctordichtheid. De in tabel 4.6 vermelde verdichtingsgraad is bepaald aan de hand van een met een steekring genomen monster en door droging bepaalde droge dichtheid.

Proefophoging A5

39

Laag (nr.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 gem

Verdichtingsgraad min gem max (%) (%) (%) 95 101 106 92 98 109 87 99 105 99 103 110 94 100 106 95 101 107 99 103 109 97 101 104 97 105 115 96 101 107 101 107 111 96 104 108 95 105 106 102 -

Aantal (-) 10 13 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 133

Één-punts Proctordichtheid watergehalte dichtheid droog (kg/m3) (kg/m3) 50.9 1066 44.1 1115 48.5 1068 51.5 1052 43.2 1149 45.3 1130 39.1 1192 36.9 1230 41.9 1189 33.9 1266 43.9 1153 43.0 1186 43.9 1184 nvt nvt

Aantal (-) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 26

Tabel 4.6: Resultaten verdichtingsgraad en Proctorproef

Naast de bepaling van de dichtheid met een steekring is de dichtheid bepaald met behulp van een nucleaire verdichtingsmeter. Het principe van de nucleaire verdichtingsmeter berust op het meten van de voortplantingssnelheid van γ-straling en neutronen in de grond. De voortplantingssnelheid is afhankelijk van de natte dichtheid (in-situ dichtheid) van het te meten materiaal. De natte dichtheid wordt hierbij gemeten over een diepte van 0.3 meter. Het vochtgehalte daarentegen wordt gemeten over een diepte van 0.06 tot 0.08 meter. Dit levert over het algemeen een niet representatief vochtgehalte op, omdat het bovenste gedeelte van de klei vaak uitgedroogd is. De droge dichtheid wordt berekend op basis van dit vochtgehalte, waardoor een niet representatieve waarde hiervoor wordt verkregen. Voor dit project is de droge dichtheid berekend uit de natte dichtheid gemeten met de nucleaire verdichtingsmeter en het watergehalte, zoals bepaald aan de hand van de monstername met de steekring en droging.

110 107 104 101 98 95 95

98

101

104

107

110

Verdichtingsgraad-steekring [%]

Figuur 4.10: Relatie verdichtingsgraad nucleair vs. steekring Tevens blijkt de voor het werkelijke watergehalte gecorrigeerde dichtheid slecht te correleren met de gemeten dichtheid met het nemen van monsters met behulp van een steekring (figuur 4.10). Ondanks deze slechte correlatie bleken alle lagen aan de gestelde eis voor de verdichtingsgraad te voldoen zowel volgens de nucleaire bepaling als de bepaling met de steekring.

Proefophoging A5

40

Schuifsterkte Voor het verkrijgen van een indicatie van de schuifsterkte zijn valconus proeven uitgevoerd. Hierbij valt een conus met een vaste massa van een vaste hoogte in een kleimonster. De indringing van de conus is een maat voor de schuifsterkte. De schuifsterkte is berekend met een empirisch vastgestelde relatie tussen de schuifsterkte en de indringing. De resultaten van deze metingen zijn weergegeven in bijlage V en samengevat in tabel 4.7. Laag (nr.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 gem

min (kPa) 33 22 33 14 34 26 132 104 59 59 97 64 39 -

Schuifsterkte gem max (kPa) (kPa) 48 88 50 68 59 156 27 58 112 258 59 104 188 290 124 143 214 506 154 231 115 126 123 198 72 126 98 -

Aantal (-) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 133

Tabel 4.7: Resultaten valconusproeven Uit deze metingen blijkt dat er per laag grote verschillen in schuifsterkte optreden. Daarnaast is de schuifsterkte bij de eerste aangebrachte lagen (laag 1 tot en met 4) gemiddeld gezien lager dan van de later aangebrachte lagen (vanaf laag 5). 4.4.2 Analyse In figuur 4.11.a en b zijn de gemiddelde waarde van het watergehalte, schuifsterkte en dichtheid (in-situ en droog) per laag weergegeven. Laag 1 is de eerst aangebrachte laag en laag 13 de laatste. Uit deze metingen blijkt dat de onderste lagen het hoogste watergehalte hebben, en daarmee de laagste dichtheid, in vergelijking met de later aangebrachte lagen. De schuifsterkte, bepaald aan de hand van de valconusproeven, is bij de bovenste lagen hoger dan bij de onderste lagen, hetgeen overeenkomt met het lagere watergehalte van de bovenste lagen. 14 12 10 8 6 4 2 0 0

50

100

150

200

W at er g ehalt e: b lauw [ %] en Schuif st er kt e: r o o d [ kPa]

Figur: 4.11.a: Verloop watergehalte en schuifsterkte

Proefophoging A5

41

250

14 12 10 8 6 4 2 0 1000

1200

1400

1600

1800

2000

Dichtheid in-situ: blauw [kg/m3] en dichtheid droog: paars [kg/m3]

Figuur 4.11.b: Verloop in-situ en droge dichtheid In figuur 4.12.a is het verloop van de verdichtingsgraad weergegeven (steekring en nucleair bepaald). Hieruit blijkt de bovenliggende lagen een hogere verdichtingsgraad hebben dan de lagen die als eerste zijn aangebracht. Figuur 4.12b geeft de Proctorcurve te zien. Ook hier is er geen sprake van een maximale droge dichtheid bij een optimaal watergehalte, binnen de getest range van watergehalten. De verzadigingsgraad van de geteste monsters bedraagt gemiddeld 94%. De verdichtingsgraad is bepaald aan de hand van de gemeten droge dichtheid en de één-punts Proctor dichtheid. Dit is niet de absolute verdichtingsgraad zoals deze bij zand wordt toegepast, waarbij de gemeten droge dichtheid wordt vergeleken met de maximum Proctor dichtheid. De één-punts Proctor dichtheid is de maximale dichtheid die te bereiken is bij het in-situ watergehalte. Dit is een wezenlijk verschil.

14 12 10 8 6 4 2 0 90

95

100

105

110

Verdichtingsgraad steekring: blauw [%] en nucleair: paars [kg/m3]

Figuur 4.12.a: Verloop verdichtingsgraad (steekring)

1450 1400 1350 1300

S-lijn

1250 1200 1150 1100 1050 1000 30

35

40

45

50

55

Watergehalte [%]

Figuur 4.12.b: Relatie één-punts Proctordichtheid en watergehalte incl. S-lijn

Proefophoging A5

42

De consistentie-index is een indexparameter voor de toepasbaarheid van klei als constructief ophoogmateriaal. Deze heeft een relatie met de schuifsterkte van het materiaal (zie paragraaf 3.1.2). De consistentie-index is niet bepaald tijdens de aanleg van de proefophoging. Wel zijn het watergehalte en de verdichtingsgraad van de verschillende lagen bepaald. In figuur 4.13.a en b is de relatie van de schuifsterkte met zowel de verdichtingsgraad als met het watergehalte weergegeven. Hieruit blijkt dat de schuifsterkte beter correleert met het watergehalte dan met de verdichtingsgraad, hetgeen te verwachten was. 250 200 150 100 50 0 90

95

100

105

110

Verdichtingsgraad [%]

Figuur 4.13.a: Relatie schuifsterkte met verdichtingsgraad

250 200 150 100 50 0 30

35

40

45

50

55

Watergehalte [%]

Figuur 4.13.b: Relatie schuifsterkte met watergehalte 4.5 Meetinstrumenten Het werkplan [lit. 10] geeft aan welke meetinstrumenten aangebracht zouden worden in de proefophoging tijdens de uitvoering. Tabel 4.9 geeft een overzicht van de uiteindelijk geplaatste meetinstrumenten, lokatie en doelstelling. Deze meetapparatuur diende inzicht te geven in het gedrag van de klei tijdens de uitvoering en het gedrag van de proefophoging op zowel korte (1 maand) als lange termijn (ca. 1.5 jaar). In bijlage VI is een uitgebreid overzicht gegeven met: • • •

plaatsingstijdstip; hoogte meetinstrument en lokatie in de proefophoging; bedrijf dat meetinstrument leverde en geplaatst heeft.

Proefophoging A5

43

Meetapparatuur Piketten Zakbaken

Lokatie Bovenkant ophoging in 9 dwarsraaien Op het oorspronkelijke maaiveld Bovenkant kleikern

Aantal 30 6 8 28

Helling- en extensometer

Op diverse hoogten in de ophoging en onder de ophoging Op diverse hoogten in de ophoging Over de gehele hoogte van de ophoging

Zettingsensor

Midden in de ophoging

1

TDR-meters Waterspanningsmeters

3 2

Doelstelling Controle en vastleggen dwarsprofiel Bepaling zetting van de ondergrond Bepaling klink van de proefophoging Controle watergehalte klei in ophoging en boven en onder de kleikern Bepaling wateroverspanning en stabiliteit proefophoging Bepaling van horizontale vervormingen en klink proefophoging Bepaling klink van de proefophoging

Tabel 4.9: Geplaatste meetapparatuur Onderstaand is de doelstelling van de genoemde meetapparatuur nader beschouwd: Zakbaken Door zowel op het oorspronkelijke maaiveld als op de bovenkant van de klei-ophoging zakbaken aan te brengen kan uit het verschil van de gemeten zetting de klink van de ophoging zelf bepaald worden. TDR-meters Het principe van de TDR-meter (Time Domain Reflectometry) berust op het meten van de looptijd van een elektromagnetische golf in de grond. Deze looptijd is afhankelijk van het watergehalte van het te meten materiaal. De resultaten van deze meting geven inzicht in het watergehalte van de klei in de ophoging en in de directe omgeving van de ophoging. Hiermee kan op lange termijn een uitspraak gedaan worden over de gevoeligheid van de klei-ophoging voor weersinvloeden (indringing van hemelwater, vorstinvloeden) en het optrekken van regen- of grondwater in de kleiophoging vanuit de ondergrond. Waterspanningsmeters Tijdens het aanbrengen van de ophoging zullen er wateroverspanningen ontstaan doordat de belasting geheel of gedeeltelijk door het in de klei aanwezige water wordt gedragen. Wateroverspanningen kunnen leiden tot verlies van stabiliteit. Tevens kan regenwater zich op lange termijn ophopen in de ophoging, hetgeen ook tot wateroverspanningen en daarmee stabiliteitsverlies kan leiden. Hellingmeters Deze zijn in de proefophoging aangebracht om eventuele horizontale vervormingen te kunnen volgen. Daarnaast kan aan de hand van de zakking van de “spider magnets” ook nog een indicatie van de klink van de proefophoging verkregen worden. Hiervoor is een zogenaamde gecombineerde helling- en extensobuis geplaatst. Deze combinatiebuis bestaat uit een kunststof hellingmeetbuisprofiel voorzien van langsgroeven. Om dit buisprofiel zijn op bepaalde vooraf vastgestelde diepten magnetische ringen (spider magnets) aangebracht, die met stalen veren in de omringende grondmassa verankerd zijn. De magnetische ringen kunnen vrij langs het buisprofiel bewegen. Hiertoe zijn gladde buisprofielen met inwendige koppelingen gebruikt. De helling van het buisprofiel is om de 50 centimeter in 2 orthogonale richtingen gemeten met een hellingmeter. De deformatie in vertikale richting is gemeten met een magnetisch peillood. Dit peillood reageerd op het magnetisch veld van de spider magnet. Per spider

Proefophoging A5

44

magnet is de boven- en onderkant van het magnetisch veld ten opzichte van de bovenkant van de buis vastgesteld. Deze metingen zijn uiteindelijk gerelateerd aan de onderste referentie magneet. Zettingsensor Met dit instrument is het mogelijk de klink van de proefophoging zelf te meten. Het instrument (Model 4600 Settlement Sensor) is geleverd door het bedrijf Geokon (bijlage VII). Het principe van het instrument is gebaseerd op het plaatsen van een drukmeter net onder de kleikern van de proefophoging (figuur 4.14). Deze drukmeter is via een holle buis, welke is gevuld met water, verbonden met een reservoir aan de bovenkant van de proefophoging. De meting van de waterdruk is een maat voor de afstand tussen de drukmeter en het reservoir en daarmee een maat voor de dikte van de kleikern. Veranderingen in de waterdruk zijn daarmee een maat voor eventuele klink of zwel van de kern.

reservoir

kleikern

ondergrond

drukmeter

Figuur 4.14: Principe zettingsensor 4.6 Samenvatting In tabel 4.10 is een overzicht gegeven van de gemiddelde waarde van de verschillende eigenschappen zoals die bepaald zijn tijdens de aanleg van de proefophoging. Eigenschap Watergehalte In-situ dichtheid Verdichtingsgraad Sterkte

Minimum 27.8 1496 87 14

Gemiddelde 42.2 1667 102 98

Maximum 61.6 1853 107 506

Eenheid % kg/m3 % kPa

Tabel 4.10: Overzicht meetresultaten tijdens aanleg ophoging

4.7 Conclusies De conclusies ten aanzien van de aanleg van de proefophoging en de meetresultaten zijn: • • •

• •

bij een consistentie-index van 0.60 is de klei nog berijdbaar, verwerkbaar en verdichtbaar; verdichting van de klei heeft plaats gevonden door vier walsgangen, waarbij de eerste drie walsgangen dynamisch uitgevoerd zijn en de laatste walsgang statisch; toepassing van een nucleaire verdichtingsmeter voor de controle op de verdichtingsgraad is vanwege verschillende redenen praktisch nog niet toepasbaar. Correctie voor het in-situ watergehalte is noodzakelijk voor de gemeten droge dichtheid. Deze gecorrigeerde dichtheid correleert slecht met de gemeten dichtheid volgens de steekringmethode; de verdichtingseis op basis van de één-punts Proctordichtheid van 97% is gemiddeld ruimschoots gehaald (102%); de valconusmethode is een praktische methode om een indicatie van de sterkte van de klei te krijgen.

Proefophoging A5

45

Proefophoging A5

46

5 Monitoring ............................................................................. De civieltechnische monitoring is in twee fasen onderverdeeld. Tijdens de eerste fase zijn vlak na het gereed komen van de proefophoging (eind augustus 2001) de eigenschappen van de klei vastgelegd. De resultaten zijn besproken in paragraaf 5.1. De tweede fase bestond uit het vastleggen van het gedrag van de proefophoging zelf (paragraaf 5.2). Hierbij is met name aandacht besteed aan vervormingen en stabiliteit. Deze metingen zijn doorgezet tot eind 2002 en begin 2003, ca. 1.5 jaar na de start van de aanleg van de proefophoging. De resultaten van de waterspannings- en TDR-metingen waren op het moment van schrijven van dit rapport niet beschikbaar. Hoofdstuk 5 is afgesloten met een overzicht van de meetresultaten (paragraaf 5.3) en conclusies (5.4). 5.1 Fase 1: Eigenschappen klei In deze paragraaf komen achtereenvolgens aan de orde: • • •

resultaten boringen en sonderingen (paragraaf 5.1.1); classificatie-eigenschappen klei (paragraaf 5.1.2); sterkte- en vervormingseigenschappen klei (paragraaf 5.1.3).

5.1.1 Boringen en sonderingen Vlak na het gereed komen van de proefophoging zijn twee boringen uitgevoerd (21 augustus 2001) alsmede twee sonderingen (24 augustus 2001). Deze boringen zijn uitgevoerd voordat de afdeklagen bestaande uit zand zijn uitgebracht. In [lit. 11] zijn de resultaten van de boringen en sonderingen gegeven. De lokatie van de boringen en sonderingen is vastgelegd in bijlage VI. De resultaten van de boringen zijn samengevat in tabel 5.1 Opmerkelijk is dat de grondwaterstand hoger is dan waarvan in eerste instantie werd uitgegaan. De grondwaterstand lag eind augustus op een niveau gelijk aan dat van de onderkant van de kleikern in plaats van op NAP –6.0 meter. Mogelijk is dit een schijn waterspiegel. Voor de aanleg van de proefophoging is een cunet gegraven van ca. 1 meter diep. Dit cunet is gevuld met drainagezand. Mogelijk verzamelt zich water in dit cunet dat niet kan wegstromen. De aanleg van drainagevoorzieningen vanuit het cunet naar een sloot kan voorkomen dat meer water zich verzamelt. Boring (nr.) B1 B2

Beschrijving (-) KLEI (matig vast), zwak zandig, zwak puinhoudend, donkerbruin, (opgebracht) KLEI (matig vast, matig zandig, matig puinhoudend, donkerbruin, (opgebracht)

Laagdikte klei (meter) 3.70

(Grond)waterstand (NAP meter) ca. –4.2

4.00

ca. –4.4

Tabel 5.1: Resultaten boringen

Proefophoging A5

47

De resultaten van de sonderingen zijn samengevat in tabel 5.2. Sondering (nr.)

Laagdikte klei (meter)

DKMP 1 DKMP 2

4.10 3.90

Conusweerstand (MPa) (MPa) (MPa) min gem max 0.50 0.65 1.10 0.40 0.65 0.90

(%) min 5 5

Wrijvingsgetal (%) (%) gem max 6.5 9 6 8

Tabel 5.2: Resultaten sonderingen 5.1.2 Classificatie-eigenschappen Van elke boring zijn op twee diepten monsters genomen. Van deze monsters zijn diverse classificatieeigenschappen bepaald. De resultaten van de proeven zijn gegeven in bijlage VII en samengevat in tabel 5.3 [lit. 12] Eigenschap D50 < 2 µm < 63 µm > 63 µm org. stofgehalte watergehalte natte dichtheid droge dichtheid vloeigrens plasticiteitsgrens plasticiteitsindex consistentie-index

Minimum Gemiddelde Maximum Korrelverdeling/samenstelling 75 91 130 7.4 11.8 15.8 27.6 40.2 46.9 53.1 59.8 72.4 6.3 7.7 9.3 Dichtheid 41.4 49.0 67.8 1468 1595 1773 897 1062 1244 Casagrande 64.0 68.3 76.0 37.0 41.5 50.0 25.0 27.0 30.0 0.58 0.85 (0.70) 1.04

Eenheid

Aantal

µm % % % %

4 4 4 4 4

% kg/m3 kg/m3

12 4 4

% % % -

4 4 4 4

Tabel 5.3: Classificatie-eigenschappen Ten aanzien van de vloeigrens dient opgemerkt te worden dat de weergegeven waarden bepaald zijn volgens proef 15 Standaard RAW 2000. Hierbij wordt de vloeigrens bepaald volgens Casagrande. In bijlage VIII zijn tevens de resultaten vermeld van de vloeigrensbepaling volgens ETC 5. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de valconusmethode. Over het algemeen laat de valconus-methode een kleinere spreiding zien dan de methode volgens Casagrande. Zoals in tabel 5.3 te zien is, zijn van vier monsters de vloei- en plasticiteitsgrens bepaald. Op basis van het watergehalte van deze vier monsters is de gemiddelde consistentie-index berekend (0.85). Het watergehalte is echter van meer monsters bepaald: in totaal 12 (zie bijlage VIII). Uitgaande van dit gemiddelde watergehalte (49.0 %) en de gemiddelde vloei- en plasticiteitsgrens (68.3 resp. 41.5 %) wordt een gemiddelde consistentie-index gevonden van 0.70. 5.1.3 Sterkte- en vervormingseigenschappen In tabel 5.4 zijn de resultaten van de triaxiaal- en samendrukkings-proeven samengevat (overzicht zie bijlage VII). Tevens zijn de resultaten van de schuifsterkte-bepaling, met de valconusmethode, weergegeven.

Proefophoging A5

48

Eigenschap

Minimum 221 0.0 31.0

Schuifsterkte Cohesie Inwendige wrijvingshoek

Gemiddelde Maximum Sterkte en stijfheid 234 240 0.5 1.0 34.0 36.0

Eenheid

Aantal

kPa kPa graden

3 4 4

kPa m2/s m2/kN m/s

4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

Vervormingseigenschappen 64.9 88.9 119.0 333.3 439.6 555.5 36.6 49.0 63.8 33 34 36 22.8 25.0 28.4 112.4 135.8 158.7 12.6 14.4 16.5 9.1 10-7 9.6 10-7 1.0 10-6 1.7 10-1 2.2 10-1 2.8 10-1 -9 -9 1.7 10 2.1 10 2.8 10-9

Cp Cs C Pg C p’ C s’ C’ cv (60 kPa) mv (60 kPa) k (60 kPa)

Tabel 5.4: Sterkte- en vervormingseigenschappen Volgens NEN 6740 [lit. 8] komt de gerijpte baggerspecie wat betreft de sterkte-eigenschappen (cohesie en inwendige wrijvingshoek) overeen met sterk zandige KLEI. Gezien de vervormingeigenschappen en de dichtheid van de baggerspecie komt het materiaal overeen met zwak zandige, matig gepakte tot slappe KLEI. De schuifsterkte van het materiaal blijkt op basis van de valconusmethode rond de 200 kPa te bedragen. Op basis van de conusweerstand kan ook een schatting van de sterkte gemaakt worden. Bij een conusweerstand van 650 kPa bedraagt sterkte tussen de 40 en 65 kPa. Het lijkt erop dat bij een schuifsterkte-bepaling met de valconusmethode de schuifsterkte overschat wordt (met een factor 5). 5.2 Fase II: Gedrag constructie Tijdens de monitoring is het gedrag van de totale constructie gevolgd op de volgende eigenschappen: • • • •

horizontale vervormingen (paragraaf 5.2.1); vertikale vervormingen (klink, paragraaf 5.2.2); stijfheid en draagkracht (paragraaf 5.2.3); stabiliteit (paragraaf 5.2.4).

5.2.1 Horizontale vervormingen De resultaten van de horizontale deformatiemeting zijn vastgelegd in het rapport [lit. 13]. De helling- en extensobuizen zijn op 23 en 24 augustus 2001 1 meter van de rand van de kruin van de kleikern geplaatst. De nulmeting heeft plaatsgevonden op 24 augustus 2001. De metingen zijn doorgezet tot 17 juli 2002. De metingen zijn uitgevoerd met behulp van een zogenaamde gecombineerde helling- en extensobuis. De meetbuis is tot 1.5 tot 2 meter in de ondergrond onder de klei verankerd. De ondergrond vertoont weinig tot geen vervormingen (maximaal 5 millimeter). In lengterichting van de ophoging zijn er niet of nauwelijks vervormingen (orde 5 millimeter) opgetreden. Daarentegen is in oostelijke richting een vervorming opgetreden van ca. 10 centimeter (tot 27 juli 2002). De eerste grote vervormingen (5 centimeter) zijn eind oktober 2001 geconstateerd, waarna de vervorming langzaam toenam tot 10 centimeter. De horizontale vervormingen begint direct vanaf de onderkant van de kleikern. In de onderste meter van de kern neemt de vervorming toe tot ca. 10 centimeter, waarna deze constant blijft.

Proefophoging A5

49

5.2.2 Vertikale vervormingen Een indicatie van de vertikale vervormingen (klink, zwel etc.) van de kleikern is verkregen met zakbaakmetingen. Tevens geven de resulaten van de metingen aan de spider magnets een indicatie van de klink (zie paragraaf 5.2.1). Tevens is een analyse gemaakt van de nog te verwachten klink tijdens de gebruikssituatie. Zakbaakmetingen Voor het aanbrengen van de eerste lagen klei zijn bovenop de laag drainagezand zes zakbaken aangebracht. Hiermee wordt de zetting van de ondergrond gemeten ten gevolge van de belasting van de ophoging. Daarnaast zijn 1 maand na het gereed komen van de kleikern (17 september 2001) zakbaken bovenop de kleikern geplaatst. De met deze zakbaken gemeten zakking is het gevolg van de zetting van de ondergrond en de klink van de ophoging zelf. Door nu het verschil in zakking tussen de zakbaken onder en boven de kleikern te bepalen, wordt een schatting verkregen van de klink van de kleikern zelf. De resulaten van de zakbaakmetingen zijn vastgelegd in [lit. 14]. Om de uiteindelijke klink van de ophoging in de gebruiksituatie te minimaliseren is een laag zand aangebracht van ca. 5 meter, waarvan ca. 4 meter als tijdelijke overhoogte. Deze laag is eind oktober 2001 aangebracht. De tijdelijke overhoogte is rond december 2002/januari 2003 weer verwijderd. De resultaten van de klinkmetingen vanaf 17 september 2001 tot en met 20 november 2002 zijn bijgevoegd in bijlage IX5 en weergegeven in figuur 5.1. tijd vanaf 17 september 2001 [dagen] 1

10

100

1000

0,00

klink [meter]

0,04

0,08

0,12

0,16

0,20

Figuur 5.1: Klink kleikern vanaf 17 september 2001 tot en met 20 november 2002 Uit figuur 5.1 blijkt dat de klink een logaritmisch verband vertoont met de tijd. Volgens dit uitgangspunt is op basis van de klinkmetingen de eindklink berekend (na 30 jaar) bij de belasting tot en met 20 november 2002 (ca. 5 meter zand). De resultaten van deze berekeningen zijn vermeld in bijlage VIII en samengevat in tabel 5.5. De eindklink in de gebruiksfase wordt echter bepaald door de belasting in deze fase en is afhankelijk van de dikte van het zandbed, funderingslaag en asfalt. In dit geval komt de gebruiksbelasting overeen met het gewicht van een laag zand van ca. 1.5 meter. Door de verwachte eindklink die behoort bij de huidige belasting, inclusief tijdelijke overhoogte, te corrigeren voor de gebruiksbelasting kan een schatting gemaakt worden van de eindklink na 30 jaar in de gebruiksfase. De toegepaste rekenmethodiek is beschreven in bijlage X.

5

De in bijlage IX weergegeven maaiveldhoogte bij aanvang van de metingen geeft de hoogte van de onderkant van de kleikern aan en niet de hoogte van de voetplaat van de zakbaak. Deze hoogte is weergegeven in bijlage VI.

Proefophoging A5

50

Het verschil tussen de berekende eindklink en de tot 20 november 2002 opgetreden klink geeft een indicatie van de nog te verwachten klink na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte. Uit deze berekeningen volgt dat de verwachte restklink minimaal is, zelfs als rekening gehouden wordt met een veiligheidsfactor van 1.056. Zakbaak (nr.) 1 2 3 4 5 6 Gemiddeld

Gemeten klink tot 20-nov-2002 (meter) 0.18 0.00 0.14 0.11 0.11 0.14 0.11

Huidige belasting Eindklink Zanddikte7

Gebruiksfase Eindklink Restklink

Restklink (1.05)

(meter) 5.64 5.76 5.25 5.26 4.67 4.67 5.21

(meter) 0.12 0.00 0.09 0.08 0.10 0.14 0.09

(meter) -0.01 0.00 -0.01 0.00 0.00 0.00 0.00

(meter) 0.28 0.00 0.21 0.18 0.20 0.30 0.20

(meter) -0.01 0.00 -0.01 -0.01 0.00 0.00 0.00

Tabel 5.5: Resultaten berekening eind- en restklink in gebruiksfase Indien de bereikte klink groter is dan de te verwachten eindklink in de gebruiksfase zal theoretisch zwel optreden (negatieve klink). Voor de berekening van de zwel is rekening gehouden met een stijfheid die 5 keer zo hoog is als in de belastingfase. Uit de berekeningen blijkt dat de kleikern in de gebruiksfase, na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte, niet of nauwelijks enige klink te zien zal geven. Resultaten spider magnets Zoals in paragraaf 5.2.1 beschreven zijn er op verschillende hoogten in de kleikern magneetspiders geplaatst. Bij klink zullen deze met de kleikern mee zakken. Het verschil in zakking tussen twee magneetspiders gedurende een periode is daarmee een maat voor de klink van de klei gelegen tussen de twee magneetspiders. Deze metingen zijn uitgevoerd van 24 augustus 2001 tot en met 27 juli 2002 en zijn enigszins verstoord door de scheefstand van de helling- en extensomeetbuizen. Bij de analyse van deze metingen is in acht genomen dat de bovenste magneet ca. 1 meter onder de bovenkant van de kleikern zit. De betekent dat de klink van de bovenste kleilaag niet bepaald kan worden met behulp van deze metingen De onderste magneet is geplaatst in de laag zand onder de proefophoging. In tabel 5.6 zijn de resultaten van deze metingen samengevat (metingen tot 27 juli 2002; totaal 187 dagen vanaf 24 augustus 2001). Sensor (-) A3 A4 B3 B4 C3 C4 Totaal sensor A3, B3, C3 Totaal sensor A4, B4, C4

Diepte van (NAP m) -1.3 -1.7 -2.5 -2.7 -3.5 -3.9 -1.3 -1.7

Diepte tot (NAP m) -2.5 -2.7 -3.5 -3.9 -4.4 -4.7 -4.4 -4.7

Dikte (meter) 1.2 1.0 1.0 1.2 0.9 0.8 3.1 3.0

Klink (meter) 0.027 0.033 0.020 0.032 0.014 0.033 0.061 0.098

(%) 2.3 3.3 2.0 2.7 1.6 4.1 2.0 3.3

Tabel 5.6: Berekening klink uit zakking magneetspiders

6

In dit geval wordt de bereikte klink gedeeld door 1.05. Zakbaak 1, 3 en 5 staan net in het talud van de zandophoging bovenop de kleikern. Voor de berekening van de restklink is de zandhoogte aangehouden aan de bovenkant van de ophoging en niet de zandhoogte zoals gemeten ter plaatse van de zakbaak. 7

Proefophoging A5

51

Gemiddeld is over de onderste 3 meter van de kleikern een klink gemeten van 2 tot 3.3 %. Normeren wij deze klink over de gehele hoogte van de ophoging dan komen op een totale klink uit tussen de 0.08 en 0.13 meter. Deze waarden komen overeen met de klink zoals die gemeten is tot 20 november 2002 aan de hand van de zakbaakwaarnemingen (gemiddeld 0.11 meter). 5.2.3 Stijfheid en draagkracht Voor de bepaling van de draagkracht van de ophoging zijn valgewichtdeflectiemetingen uitgevoerd [lit. 15]. Met behulp van deze proeven kan de surface modulus bepaald worden. Tevens kunnen uit de deflecties de E-moduli van de onderliggende lagen worden teruggerekend. De E-modulus is een maat voor de stijfheid van totale ophoging. Deze waarde wordt uiteindelijk gebruikt voor het ontwerp van de wegconstructie zelf (dikte asfalt- en funderingslagen). Het meetprincipe bestaat uit het registreren van de invering van de ondergrond onder invloed van de belasting een vallend gewicht (figuur 5.2). De doorbuiging wordt hierbij gemeten met behulp van drie verplaatsingsopnemers. Op elk meetpunt wordt een serie van 12 meetklappen gegeven. Op basis van de gemeten deflectie (doorbuiging) van de laatste 2 meetklappen wordt de dynamische elasticiteitsmodulus (Edyn) berekend.

Figuur 5.2: Uitvoering valgewichtdeflectiemetingen Op de ophoging zijn vier deflectiemetingen uitgevoerd: 1. 2. 3. 4.

28 augustus 2001: direct op het klei-oppervlak; 18 september 2001: na het aanbrengen van 0.8 meter goed verdicht zand; 22 januari 2003: direct na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte; 4 maart 2003: na het verdichten van het zandbed. Op dit moment was tevens een ongebonden asfaltgranulaat fundering aanwezig.

De resultaten van de eerste meting zijn mislukt. Één van de redenen is dat veel deflecties ver buiten het meetbereik lagen (maximaal 2 millimeter). Oorzaak hiervan is dat voor dit type meting de klei te slap zou zijn. Daarnaast werden er op verschillende lokaties geen reflecties gemeten: de opnemer raakte de grond niet. Dit was het gevolg van het relatief onregelmatige klei-oppervlak tijdens de metingen. De tweede meting gaf wel resultaten te zien. De metingen zijn uitgevoerd in drie raaien (R, T en L). Uit deze metingen blijkt dat voor de westelijke meetraai (R: zijde A4) een elasticiteitsmoduls wordt gevonden (ca. 100 MPa) vergelijkbaar met een conventionele ophoging bestaande uit ophoogzand. Daarentegen was de elasticiteitmodulus ter plaatse van de middelste en oostelijk meetraai (T en L) aan de zeer lage kant (20 tot 30 MPa). Besloten is om na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte nogmaals deflectiemetingen uit te voeren.

Proefophoging A5

52

De derde meting, uitgevoerd na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte, gaf onduidelijke resultaten te zien en is niet verder uitgewerkt. Voor de vierde meting is het zandbed (dikte ca. 1.25 meter) verdicht en was er een ongebonden asfaltgranulaatfundering (0.25 meter) op het zandbed aangebracht. Op basis van de resultaten van deze meting is de elasticiteitsmodulus van het zandbed en de kleikern teruggerekend (tabel 5.9 en figuur 5.3). Gemiddeld blijken deze respectievelijk 127 en 119 MPa te bedragen. Raai [-] R T L gemiddeld

Elasticiteitsmodulus zandbed [MPa] [min] [gem] [max] 107 132 176 82 117 143 108 132 164 82 127 176

Elasticiteitsmodulus kleikern [MPa] [min] [gem] [max] 91 116 138 99 124 135 92 116 138 91 119 138

Tabel 5.9 : Teruggerekende elasticiteitsmodulus zandbed en kleikern

180

160

Elasticiteitsmodulus klei-ophoging (Mpa)

140

120

100

80

Uit oppervlakte- modulus Teruggerekend

60

40

20

Figuur 5.3: Resultaten valgewichtdeflectiemeting (4 maart 2003)

Proefophoging A5

53

0L

20 L

40 L

60 L

80 L

100 L

10 T

30 T

50 T

70 T

90 T

110 T

130 T

10 R

30 R

50 R

70 R

90 R

110 R

130 R

Meetpunt 0

5.3 Samenvatting In tabel 5.9 zijn de belangrijkste eigenschappen samengevat van zowel de klei in de proefophoging als de constructie zelf, zoals deze zijn vastgelegd tijdens de monitoringsfase. Eigenschap

Datum Klei-eigenschappen Consistentie-index augustus 2001 Verdichtingsgraad augustus 2001 Cohesie augustus 2001 Wrijvingshoek augustus 2001 Grensspanning augustus 2001 Samendrukbaarheid-constante augustus 2001 Consolidatie coëfficiënt augustus 2001 Doorlatendheid augustus 2001 Eigenschappen constructie Klink november 2002 Elastciteitsmodulus zandbed maart 2003 Elasticiteitsmodulus kleikern maart 2003

Waarde

Eenheid

0.70 102 0.5 34.0 34 14.4 9.6 10-7 2.1 10-9

% kPa graden kPa m2/s m/s

0.11 127 119

meter MPa MPa

Tabel 5.10: Eigenschappen klei en constructie tijdens monitoring 5.4 Conclusies De conclusies ten aanzien van de resultaten van de monitoring zijn: • •

• • •

•

op basis van het wrijvingsgetal zoals dat bepaald is tijdens de sonderingen kan het materiaal beschreven worden als: organische KLEI; volgens de relatie tussen ongedraineerde schuifsterkte en de consistentie-index (relatie volgens Wroth en Wood: figuur 3.3) dient de sterkte van de klei tussen de 18 en 90 kPa te liggen (gemiddeld: ca. 40 kPa.). Dit komt aardig overeen met de resultaten van de sonderingen: tussen de 40 en 65 kPa. Op basis van de valconusmethode is een sterkte gevonden van ca. 200 kPa. Het lijkt erop dat bij een bepaling volgens de valconusmethode de sterkte overschat wordt; in de ophoging is in oostelijke richting een horizontale vervorming opgetreden van ca. 10 centimeter; de klinkmetingen volgens de zakbaken komen goed overeen met de metingen op basis van de spidermagneten die in de kleikern zijn aangebracht: volgens beide methoden is een klink van de kleikern opgetreden van ca. 0.10 meter; op basis van de gangbare analyse- en voorspellingsmethode ten aanzien van restzettingen lijkt de reductie van de klink van de kleikern in de gebruiksfase met een tijdelijke overhoogte goede resultaten op te leveren. Op basis van de zakbaakmetingen wordt in de gebruiksfase een minimale restklink verwacht. Toekomstige klinkmetingen zullen moeten uitwijzen in hoeverre de gangbare analyse- en voorspellingsmethode het gedrag ten aanzien van de klink goed beschrijft; de elasticiteitsmodulus van de kleikern bedraagt gemiddeld 119 MPa vergelijkbaar met een ophoging bestaande uit zand.

Proefophoging A5

54

6 Evaluatie ............................................................................. Achtereenvolgens is in de evaluatie aandacht besteed aan: • • • • • •

eigenschappen klei voor, tijdens en na de aanleg van de ophoging (paragraaf 6.1); (toekomstig) gedrag van de proefophoging na aanleg (paragraaf 6.2); ontwerpaspecten (paragraaf 6.3); uitvoeringsaspecten (paragraaf 6.4); economische aspecten (paragraaf 6.5); conclusies (paragraaf 6.6).

6.1 Eigenschappen klei Tijdens het project zijn op verschillende tijdstippen verschillende eigenschappen van de klei bepaald. In tabel 6.1 is een overzicht gegeven van de verschillende onderzoeken, tijdstip, bepaalde eigenschappen en doelstelling. In paragraaf 6.1.1 zijn de classificatie-eigenschappen van de klei geëvalueerd. Paragraaf 6.1.2 geeft aandacht aan de sterkte- en vervormingeigenschappen van de klei gedurende het project. Periode Voorbereidi ng

Tijdens aanleg Na aanleg

Tijdstip Juli 2000

Eigenschappen Samenstelling en uitloging

Januari/Februari 2001 Mei/Juni 2001

Classificatie

Juli/Augustus 2001 Augustus 2001

Classificatie, sterkte en vervorming Classificatie en sterkte Classificatie, sterkte en vervorming

Doel Milieukundige beoordeling Technische geschiktheid Technische geschiktheid Controle uitvoering Controle produkt

Tabel 6.1: Overzicht onderzoeken eigenschappen klei

Proefophoging A5

55

6.1.1 Classificatie-eigenschappen In tabel 6.2 is een overzicht gegeven van de classificatie-eigenschappen van de klei voor, tijdens en na de aanleg van de proefophoging. Periode Eigenschap D50 < 2 µm < 63 µm > 63 µm Org. stofgehalte Kalkgehalte Watergehalte In-situ dichtheid Droge dichtheid Verdichtingsgraad Vloeigrens Plasticiteitsgrens Plasticiteitsindex Consistentie-index

Voorbereiding Tijdens aanleg Januari 2001 Mei 2001 Juli/Augustus 2001 Korrelverdeling 71 116 11.6 7.2 43.0 36.2 57.0 63.8 Samenstelling 7.7 7.8 6.6 Dichtheid 48.0 47.0 42.2 1667 1173 102 Plasticiteitsgrenzen 62.6 36.6 26.0 0.60 -

Na aanleg Augustus 2001

Eenheid

91 11.8 40.2 59.8

µm % % %

7.7 -

% %

49.0 1595 1062 68.3 41.5 27.0 0.85 (0.70)8

% kg/m3 kg/m3 % % % % -

Tabel 6.2: Overzicht classificatie-eigenschappen Korrelverdeling Volgens de metingen van januari 2001 en augustus 2001 kan de gerijpte baggerspecie volgens NEN 5104 gezien worden als KLEI, sterk zandig, matig humeus en kalkrijk. Volgens het onderzoek uitgevoerd in mei 2001 kan het materiaal beschreven worden als ZAND, uiterst siltig, matig humeus en kalkrijk. Dit betekent dat een gedeelte van de baggerspecie direct voldoet aan de eisen voor ophoogzand (RAW 2000 art. 22.06.01): fractie fijner dan 2 µm ten hoogste 8% en het gehalte aan minerale deeltjes door zeef 63 µm ten hoogste 50%. Gezien het gedrag kan het materiaal beschouwd worden als KLEI. Samenstelling Alleen het organisch stof gehalte is tijdens de verschillende fasen bepaald. In de eerste maand is geen afname geconstateerd van het organisch stofgehalte. Het verdient aanbeveling het organisch stof gehalte nogmaals te meten. Watergehalte/dichtheid Behoudens de metingen die zijn uitgevoerd tijdens de aanleg van de proefophoging is het watergehalte van de klei in de proefophoging gelijk aan het watergehalte van de klei in de rijpingsvelden (47 tot 49%). Het verdient aanbeveling het watergehalte van de klei op lange termijn te blijven meten. Tijdens de aanleg van de proefophoging lag het gemiddelde watergehalte structureel lager: 42.7%. Dit kan het gevolg zijn van de gevolgde meetmethode. Tijdens de uitvoering is het watergehalte bepaald door droging met een magnetron gedurende ca. 10 minuten. Tijdens de andere onderzoeken is het watergehalte bepaald met behulp van een droogstoof, waarin de monsters gedurende 24 uur zijn 8

De gemeten waarde van 0.85 voor de consistentie-index lijkt niet reëel. Een waarde van 0.70 is representatiever voor het materiaal (zie paragraaf 5.1.2).

Proefophoging A5

56

gedroogd. Dit zal een hoger watergehalte opleveren omdat het materiaal langer gedroogd wordt en er meer water zal verdampen. Dit is in tegenstelling met eerdere ervaringen. Verwacht werd dat met de magnetron een hoger watergehalte zou worden gemeten. Een verklaring hiervoor is dat door het drogen in een magnetron ook een deel van het organische stof zou verbranden, hetgeen rekentechnisch een hoger watergehalte oplevert. De bepaling van het watergehalte met een magnetron vindt plaats vanwege de tijdwinst. Omdat de resultaten relatief snel beschikbaar zijn, kan ook snel een uitspraak gedaan worden over de kwaliteit van het materiaal. Het geeft echter een te optimistisch beeld van het watergehalte, hetgeen kan leiden tot ophogingen met een watergehalte hoger dan gewenst. Het lijkt verstandig voor aanvang van een project altijd een ijking uit te voeren tussen het watergehalte bepaald door droging in een droogstof en een magnetron. De relatie tussen de één-punts Proctordichtheid en het watergehalte bepaald tijdens de uitvoering is vergelijkbaar met de metingen zoals die zijn uitgevoerd tijdens de voorbereiding. Het verdichtingsgedrag van het materiaal is dus niet veranderd (figuur 6.1). 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 30

35

40

45

50

55

Watergehalte [%]

Figuur 6.1: Relatie één-punts Proctordichtheid en watergehalte (voorbereiding: blauw en uitvoeringsfase: paars) Ten aanzien van de verdichtingsgraad dient vermeld te worden dat het beter zou zijn om de verdichtingsgraad te bepalen aan de hand van de gemeten droge dichtheid ten opzichte van de maximum Proctordichtheid in plaats van ten opzichte van de één-punts Proctordichtheid. De op deze manier berekende verdichtingsgraad geeft ook een indicatie van het gedrag van het materiaal. Binnen de getest range van watergehaltes (figuur 6.1) is echter geen maximum dichtheid geconstateerd. Plasticiteitsgrenzen Op basis van de metingen lijkt het alsof de consistentie-index is toegenomen tot 0.70. Echter het watergehalte is constant gebleven. De toename van de consistentie-index is te verklaren vanuit het feit dat een iets hogere gemiddelde vloeigrens is gemeten bij een gering aantal metingen (vier). Het verdient daarom aanbeveling de vloeigrens te bepalen volgens de valconusmethode op basis van een groter aantal metingen [lit. 16]. De valconusmethode is minder laborantafhankelijk dan de methode volgens Casagrande en daarmee nauwkeuriger. Tevens volgt uit de valconusmethode een watergehalte waarbij een bepaalde sterkte wordt bereikt. Voor de opbouw van een constructieve ophoging is dit een zinvolle parameter gezien het feit dat de sterkte van de klei één van de bepalende eigenschappen is betreffende de stabiliteit van de ophoging. Voor de bepaling van de plasticiteitsgrens verdient het aanbeveling een anderssoortige test te ontwikkelen. De bestaande test lijkt sterk laborantafhankelijk. Gezien het doel van de metingen (bepaling van een watergehalte-sterkte relatie) lijkt daarom een test op basis van de valconusmethode een goed alternatief voor de huidige bepaling van de plasticiteitsgrens. Deze testmethode wordt ook al

Proefophoging A5

57

toegepast voor de bepaling van de vloeigrens. Wel dient dan een vergelijking opgesteld te worden tussen de plasticiteitsgrens gebaseerd op het bakje van Casagrande en met behulp van de valconus. Algemeen Het verdient aanbeveling de plasticiteitsgrenzen altijd te bepalen tijdens een geschiktheidsonderzoek. Het onderzoek in januari 2001 is uitgevoerd om na te gaan of de klei geschikt is als constructief ophoogmateriaal in een wegconstructie. Tijdens dit onderzoek is de belangrijkste parameter, de consistentie-index, niet bepaald. Deze parameter bepaalt in sterke mate de geschiktheid van de klei als constructief ophoogmateriaal (paragraaf 3.1.2). Dit leidt tot een aanbeveling om een bemonsterings- en beproevingsprotocol op te stellen voor zowel de voorbereidingsfase als de uitvoeringsfase. Hiermee wordt gewaarborgd dat essentiële parameters op een éénduidige en vergelijkbare methode worden vastgelegd.

Proefophoging A5

58

6.1.2 Sterkte- en vervormingseigenschappen In tabel 6.3 is een overzicht gegeven van de sterkte- en vervormingseigenschappen tijdens de voorbereiding, aanleg en monitoring van de proefophoging. Periode Eigenschap Sterkte Conusweerstand Schuifsterkte Cohesie Wrijvingshoek Vervorming Grensspanning Samendrukbaarheidconstante Primair secundair Consolidatie coëfficiënt Samendrukbaarheid Doorlatendheid

Voorbereiding Januari 2001

Mei 2001

Tijdens aanleg Juli/Augustus 2001

Na aanleg Augustus 2001

Eenheid

-

1.3 34.8

98 -

650 234 0.5 34.0

kPa kPa kPa graden

-

30 12.3

-

34 14.4

KPa -

-

18.7 145.0 7.0 10-8 5.6 10-1 3.0 10-10

-

25.0 135.8 9.6 10-7 2.2 10-1 2.1 10-9

m2/s m2/MN m/s

Tabel 6.3: Sterkte- en vervormingseigenschappen Sterkte De schuifsterkte van het materiaal is bepaald op basis van de valconusmethode. Tijdens de aanleg bedroeg deze gemiddeld 98 kPa. Na de aanleg is een gemiddeld waarde gemeten van 234 kPa. Deze gemiddelde waarde is gebaseerd op 3 metingen. Het lijkt daarom reëel te veronderstellen dat de gemiddelde sterkte na aanleg eerder 100 kPa zal bedragen dan 200 kPa. Op basis van de conusweerstand kan ook een schatting gemaakt worden van de sterkte. Bij een conusweerstand van 650 kPa bedraagt de sterkte tussen de 40 en 65 kPa. Het lijkt erop dat bij een schuifsterktebepaling met de valconusmethode de sterkte overschat wordt (factor 2). De cohesie en inwendige wrijvingshoek blijken niet veranderd te zijn. De betrekkelijk lage waarde van de cohesie kan het gevolg zijn van de verstoring die is opgetreden tijdens het aanmaken van de mengmonsters (mei 2001). Daarnaast zal de klei vlak na het aanbrengen in de proefophoging ook sterk verstoord zijn, hetgeen een verklaring kan zijn voor de lage cohesie die gevonden is. Immers de tijd blijkt te kort om de bindingen tussen de kleidelen na de verstoring weer opnieuw op te bouwen (thixotroop gedrag). Dit heeft als gevolg dat de cohesie (letterlijke betekenis: samenhang) minimaal is, zoals ook uit de triaxiaalproeven blijkt. Door nu triaxiaalproeven uit te voeren op de klei na ca. 1 jaar zou deze hypothese getoetst kunnen worden. Na 1 jaar wordt verwacht dat de cohesie toegenomen is. Vervorming De samendrukbaarheidconstante van de klei is nauwelijks veranderd. De doorlatendheid is daarentegen toegenomen van 3.0 10-10 m/s tot 2.1 10-9 m/s. Hiervoor is geen éénduidige verklaring aan te wijzen. Een verschil in verdichtingsgraad zou een verklaring kunnen zijn voor de verandering van de doorlatendheid. Echter de verdichtingsgraad van de kleilagen in de ophoging verschilt niet of nauwelijks van de verdichtingsgraad zoals deze is gemeten tijdens de laboratoriumproeven in mei 2001. Daarnaast blijkt uit het spanning-rek gedrag bij de samendrukkingsproeven dat de overgang tussen voorbelast en maagdelijk gedrag veel scherper is bij de proeven uitgevoerd op de monsters uit de proefophoging [lit. 12] in vergelijking met de proeven uitgevoerd tijdens de voorbereidingsfase [lit. 4].

Proefophoging A5

59

6.2 (Toekomstig) gedrag proefophoging Na het gereed komen van de proefophoging (augustus 2001) is het gedrag van de proefophoging gevolgd op de volgende eigenschappen: • • • •

horizontale vervormingen (paragraaf 6.2.1); vertikale vervormingen (paragraaf 6.2.2); stijfheid en draagkracht (paragraaf 6.2.3); stabiliteit (paragraaf 6.2.4).

Een overzicht van de metingen is gegeven in tabel 6.5. Eigenschap Horizontale vervorming Vertikale vervorming Stijfheid Stabiliteit9

Meetmethode Hellingmeter

van 24-08-01

tot 17-07-02

Zakbaken

17-09-01

24-05-02

Magneetspiders (extensometer) Sondering Valgewichtdeflectiemeting TDR-meters Waterspanningsmeter

24-08-01 24-08-01 18-09-01

17-07-02

Tabel 6.5: Monitoring gedrag proefophoging 6.2.1 Horizontale vervormingen In oostelijke richting is een horizontale vervorming opgetreden van ca. 10 centimeter. Deze vervorming trad alleen op in de kleikern van de proefophoging. De ondergrond vertoonde niet of nauwelijks enige vervorming. De vervorming trad niet instantaan op. Deze nam gedurende de monitoringperiode geleidelijk toe tot 10 centimeter. Het lijkt erop dat deze vervorming niet is opgetreden vanwege intern stabiliteitverlies, maar het gevolg is van de vertikale vervorming (klink) die is opgetreden in de kleikern. 6.2.2 Vertikale vervormingen De vertikale vervormingen van de kleikern zijn bepaald aan de hand van waarnemingen van de zakbaken en de magneetspiders van de helling- en extensobuizen. De resultaten van deze metingen komen goed met elkaar overeen. Na ca. 1.5 jaar geven de zakbaakwaarnemingen een gemiddelde klink te zien van 0.11 meter, met waarden tussen de 0.00 en 0.18 meter. Op basis van de magneetspiders is na ca. 1 jaar een klink gevonden van respectievelijk 0.08 en 0.13 meter. Met behulp van de zakbaakwaarnemingen is tevens berekend wat de eindklink zal zijn onder de huidige belasting en de belasting in de gebruiksfase. Onder de huidige belasting wordt een gemiddelde eindklink verwacht van 0.20 meter en in de gebruiksfase een eindklink van 0.09 meter. Dit betekent dat de verwachte restklink na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte minimaal zal zijn (kleiner dan 1 centimeter). Met behulp van de in tabel 6.3 gegeven waarde voor de grensspanning (Pg = 34 kPa) en samendrukbaarheidconstante na de grensspanning (C’ = 14.4) is tevens een schatting van de eindklink in de gebruiksfase gemaakt. Hierbij is uitgegaan van een bovenbelasting gelijk aan het gewicht van 1.5 meter zand bovenop de kleikern. Daarnaast zal de kleikern vervormen onder invloed van het eigen gewicht. Dit is schematisch meegenomen in de onderstaande berekening.

9

Resultaten van de TDR- en waterspanningsmetingen waren op het moment van schrijven van het concept-rapport niet beschikbaar.

Proefophoging A5

60

De bovenbelasting van de zandlaag bedraagt 18 kN/m2. Het volumiek gewicht van de klei bedraagt 16 kN/m3. Uitgaande van een grensspanning van 34 kPa zal de vervorming van de bovenste 0.5 meter van de kleilaag minimaal zijn, omdat de totale belasting tot deze diepte kleiner is dan de grensspanning (1.50 * 18 + 0.45 * 16 = 34 kPa). De vervorming van de onderste 3.5 meter (3.50 * 16 = 56 kPa: over de 3.5 meter geeft dit een gemddelde belasting onder eigen gewicht van 28 kPa) is berekend volgens de theorie van Koppejan: ∆z =

met: L pg ∆p

= = =

 p g + ∆p  3.5  34 + 28  l = ⋅ ln ln  = 0.15 ⋅ meter C '  p g  14.4  34 

dikte kleilaag waar de grensspanning wordt overschreden (meter) grensspanning (kPa) gemiddelde belastingverhoging boven de grensspanning (kPa)

De volgens de theorie van Koppejan berekende waarde van de eindklink verschilt weinig van de berekende eindklink op basis van de zakbaakwaarnemingen. Het lijkt dus aannemelijk dat de restklink minimaal zal zijn. De berekende eindklink betreft alleen zetting van de kleikern die optreedt als gevolg van een belastingverhoging. Bij een ophoging bestaande uit klei bestaan er echter nog andere processen die kunnen leiden tot additionele klink dan wel zwel van de ophoging: • •

afname organisch stofgehalte; variatie in het watergehalte.

In de onverzadigde zone kan het organisch stofgehalte afnemen tot 2 á 3 % [lit. 6]. In de toplaag gaat dit relatief snel (orde 3 jaar), op grotere diepte langzamer (orde 30 jaar). Wel is dit afhankelijk van de soort organische stof. Als vuistregel kan de volumeverandering worden benaderd door de helft van de afname in organische stof. Eind augustus bedroeg het gemiddelde organisch stof gehalte van de ophoging 7.7%. Bij een afname in 3 jaar tot ca. 2.5% levert dit een additionele klink van ca. 3% (0.12 meter). In de ontwerpfase is verondersteld dat zolang de dekking van de klei voldoende is (1 meter) vertering van organisch materiaal niet of nauwelijks zal plaatsvinden. Het watergehalte van de klei in de ophoging dient in evenwicht te zijn met de zuigspanning die in de ophoging bestaat [lit. 16]. Uit onderzoek in Nederland is gebleken dat de zuigspanning in kleiophogingen tot een evenwichtswatergehalte leidt dat overeenkomt met een consistentie-index van 0.7 of iets minder. Als de consistentie-index lager is, dan zal deze toenemen tot het ongeveer deze waarde bereikt, waarmee klink gepaard gaat. Indien het materiaal met een hogere consistentie-index wordt aangebracht, dient rekening gehouden te worden met enige zwel. De gemiddelde consistentie-index van de klei in de ophoging bedroeg vlak na het gereed komen van de ophoging 0.70. Theoretisch zal ten gevolge van het genoemde evenwicht dus geen klink meer optreden. 6.2.3 Stijfheid en draagkracht Met behulp van valgewichtdeflectiemetingen is de dynamische elasticiteitsmodulus (Edyn) van de proefophoging bepaald. De laatste meting is uitgevoerd nadat de tijdelijke overhoogte was verwijderd en een laag asfalgranulaatfundering met een dikte van 0.25 meter was aangebracht. De elasticiteitsmodulus van het zandbed bedraagt gemiddeld 127 MPa. De elasticiteitsmodulus van de kleikern gemiddeld 119 MPa bedraagt. Dit is vergelijkbaar met een conventionele ophoging bestaande uit ophoogzand. Tevens blijkt dat de kleikern qua stijfheid niet onderdoet voor het zandbed.

Proefophoging A5

61

6.2.4 Stabiliteit De belasting waarbij geen instabiliteit van de constructie optreedt is het evenwichtsdraagvermogen. Deze wordt bepaald door de sterkte-eigenschappen van de klei. Met behulp van het computerprogramma PLAXIS is de stabiliteit in de gebruiksfase bepaald. Voor de sterkte-eigenschappen zijn de gemeten parameters aangehouden zoals weergegeven in tabel 6.3. De stabiliteitsfactor is berekend door middel van de ϕ-c reductie. Er zijn berekeningen gemaakt op basis van de gemiddelde en rekenwaarde voor de cohesie en inwendige wrijvingshoek van de klei (tabel 6.6). De rekenwaarden zijn bepaald op basis van NEN 6740 [lit. 8].

Gemiddelde waarde Rekenwaarde

Cohesie (kPa) 0.5 0.1

Inwendige wrijvingshoek (graden) 34.0 28.8

Tabel 6.6: Gemiddelde- en rekenwaarde sterkteparameters Per parameterset zijn een tweetal PLAXIS-berekeningen uitgevoerd. Één berekening is uitgevoerd gebruik makende van de optie “ignore undrained behaviour”. Hierbij worden de waterspanningen verwaarloosd die ontstaan tijdens het belasten van een ongedraineerd materiaal onder een bovenbelasting dan wel belasting ten gevolge van het eigen gewicht. De tweede berekening is gemaakt zonder gebruik te maken van bovenstaande optie. Hierbij wordt uitgegaan van een maximale waterspanningstoename, zonder consolidatie, bij het aanbrengen van een bovenbelasting. De resultaten van de berekeningen zijn samengevat in tabel 6.7. Tevens is in bijlage XI een voorbeeld gegeven van de uitvoer van één van de berekeningen. Veiligheidsfactor Gemiddelde waarde Rekenwaarde

Ongedraineerd 2.50 < 1.0

Gedraineerd 3.20 2.35

Tabel 6.7: Veiligheidsfactor gebruiksfase Voor de berekening is uitgegaan van een stabiele ondergrond. Bezwijken kan alleen optreden via een schuifvlak in de kleikern. Uit de berekeningen blijkt dat de grootste vervormingen zullen optreden in een schuifvlak vlak boven de onderkant van de kleikern (bijlage XI). Uitgaande van gedraineerd gedrag zal de stabiliteitsfactor ruim voldoende zijn (2.35) om de verkeersbelasting en de belasting ten gevolge van de funderings- en verhardingslagen op te kunnen nemen. Uitgaande van volledig ongedraineerd gedrag wordt voor de veiligheidsfactor in de gebruiksfase op basis van de rekenwaarde een waarde kleiner dan 1.0 gevonden. Deze uitgangssituatie lijkt niet reëel gezien het feit dat er geen afschuivingen hebben plaatsgevonden. Of er mag worden uitgegaan van volledig gedraineerd gedrag dient geverifiëerd te worden aan de hand van de waterspanningsmetingen. Daarnaast dient bij bovenstaand resultaat rekening gehouden te worden met het feit dat met PLAXIS de ongedraindeerde schuifweerstand bepaald is op basis van de cohesie en inwendige wrijvingshoek en veronderstellingen omtrent het spanningspad. Dit geeft een conservatieve waarde voor ongedraineerde schuifweerstand ten opzichte van de schuifweerstand zoals deze gemeten is tijdens de triaxiaalproeven (paragraaf 6.1.2). 6.3 Ontwerp In tabel 6.8 is een overzicht gegeven van de maatgevende eisen en de behaalde waarden. Tevens is aangeven in hoeverre voldaan is aan de ontwerpeisen. Bij het niet voldoen aan de eisen is aangeven welke maatregelen en onderzoeken noodzakelijk zijn om te komen tot een constructieve ophoging die wel voldoet aan de eisen. Achtereenvolgens zijn de constructie-, materiaal- en uitvoeringseisen behandeld.

Proefophoging A5

62

Type eis Constructie-eis

Parameter zettinggedrag klink in gebruiksfase vormgeving

E-modulus ophoging stabiliteit Materiaaleis

Uitvoeringseis

consistentie-index aard materiaal organisch stof gehalte E-modulus klei verdichtingsgraad

Eis homogeen zettinggedrag ondergrond 0.15

Behaalde waarde geen restzetting ondergrond

Eenheid -

minimaal

meter -

bovenkant klei beneden vorstindringingsdiepte 100

dekking klei: > 1 meter onderkant klei op niveau schijnwaterspiegel bovenkant klei beneden vorstindringingsdiepte 127

tijdens aanleg 0.9 gebruiksfase 1.0 0.7 – 1.0 homogeen geen grove delen 5

2.25 2.35 0.6 – 0.7 homogeen wel grove delen 7.7

-

> 30 > 97

119 102

MPa %

dekking klei: > 1 meter onderkant klei boven grondwaterpeil

MPa

%

Tabel 6.8: Overzicht eisen en eigenschappen proefophoging 6.3.1 Constructie-eisen Zettinggedrag Aangenomen is dat de ondergrond door toepassing van een tijdelijke overhoogte geen zetting meer vertoond in de gebruiksfase. Daarnaast zijn er geen sloten aanwezig onder de proefophoging, waarmee lokale zettingverschillen uitgesloten kunnen worden. Hiermee is de invloed van de ondergrond op de langs- en dwarsvlakheid uitgesloten. Klink (in gebruiksfase) Op basis van de zakbaakwaarnemingen is geconcludeerd dat de restklink (klink in gebruiksfase) van de kleikern minimaal zal zijn (kleiner dan 0.01 meter). Dit is ruim onder de waarde (0.15 meter) die is gebruikt als uitgangspunt voor de dimensionering van de overgangshellingen in zowel langs- als dwarsrichting van de ophoging. Hiermee is aangetoond dat voldaan wordt aan de langs- en dwarsvlakheidseisen. Wel verdient het aanbeveling de klink van de kleikern over enige jaren te volgen middels zakbaakwaarnemingen en asfaltspijkers. Daarnaast is de totale klink die reeds is opgetreden (0.11 meter) veel kleiner dan de verwachte totale klink (0.60 meter). Vormgeving Aan de vormgevingseisen is gedeeltelijk voldaan. Door het aanbrengen van een laag afdekgrond met een dikte van 1 meter op de taluds en 1 meter zand aan de bovenkant van de ophoging is voldaan aan de twee vormgevingseisen: dekking klei buiten druklijnen minimaal 1 meter; bovenkant klei beneden vorstindringingsdiepte van 0.60 meter.

Proefophoging A5

63

In de boringen is een (schijn)-waterspiegel gevonden die ligt op het niveau onderkant klei in de ophoging. De laag drainagezand lijkt verzadigd te zijn. Verificatie van de waterspiegel dient plaats te vinden op basis van peilbuizen. Indien inderdaad blijkt dat het drainagezand verzadigd is, dient de aanleg van drainagevoorzieningen overwogen te worden. Hierbij kan gedacht worden aan een drainsleuf in de teen van de ophoging en afwateringsbuizen naar de sloot. E-modulus De E-modulus van het zandbed bovenop de kleikern bedraagt gemiddeld 127 MPa. Dit is ruim boven de vereiste waarde van 100 MPa. Stabiliteit Uitgaande van een volledig gedraineerd gedrag van de klei voldoet de ophoging aan de gestelde stabiliteitseisen. Bij volledig ongedraineerd gedrag voldoet de ophoging niet. De resultaten van waterspanningsmetingen dienen uitsluitsel te geven met welke waterspanningen in de stabiliteitsberekeningen rekening gehouden dient te worden. 6.3.2 Materiaaleisen Consistentie-index Bij aanvang van het project bedroeg de gemiddelde consistentie-index 0.6. Hiermee was de verwerkbaarheid van de klei net gegarandeerd. De klei is net sterk genoeg opdat deze begaanbaar is voor het toegepast materieel: bulldozer en wals. Na aanleg is een iets hogere consistentie-index geconstateerd: 0.7. Of dit verschil significant is valt te betwijfelen gezien het aantal monsters dat beproefd is (vier) en het verschil in vloeigrens dat geconstateerd is. Met de uitvoering van een groter aantal proeven kan een nauwkeuriger inzicht verkregen worden in de consistentie-index van de klei. Hiermee is beter in te schatten of er nog additionele klink zal optreden en/of dat er scheuren kunnen ontstaan als gevolg van uitdroging. Aard materiaal Uit de onderzoeken die zijn uitgevoerd tijdens de voorbereiding blijkt dat het materiaal redelijk homogeen is. Uit de korrelverdeling blijkt dat er monsters zijn die beschreven kunnen worden als KLEI en als ZAND, terwijl het materiaalgedrag voornamelijk wijst op klei-achtig materiaal. Dit is het gevolg van de norm volgens welke de monsters beschreven dienen te worden (NEN 5104). Volgens NEN 5104 [lit. 5] dient een monster te beschreven te worden als ZAND bij een lutumgehalte kleiner dan 8%. Het gemiddelde lutumgehalte bedraagt net iets meer (11.6%) en varieert tussen de 5 en 17%. Dit heeft als gevolg dat sommige monsters net beschreven dienen te worden als ZAND, terwijl het materiaal gedrag duidt op KLEI. Daarnaast bleek uit de onderzoeken tijdens de voorbereiding dat eigenschappen als lutum-, zand-, organisch stof en kalkgehalte van de klei in de rijpingsvelden minimaal varieerden. Wel varieerde het watergehalte over de diepte in de rijpingsvelden. Dit is voornamelijk het gevolg van de droging aan het oppervlak in de rijpingsvelden. Organisch stof gehalte Het organisch stof gehalte bedroeg bij aanvang van het project gemiddeld 7.7%. Dit is hoger dan de eis van 5%. Toch is de klei toegepast in de ophoging (paragraaf 3.4). Vlak na aanleg bleek het organisch stof gehalte niet veranderd te zijn. In de onverzadigde zone kan het organisch stofgehalte afnemen tot ca. 2.5% [lit. 6]. In de verzadigde zone is dit verschijnsel niet relevant. Verwacht wordt dat de gerealiseerde dekking van de klei met grond voldoende is om afname van het organisch stof gehalte te voorkomen.

Proefophoging A5

64

6.3.3 Uitvoeringseisen E-modulus klei De dynamische elasticiteitsmodulus van de kleikern bedraagt gemiddeld 119 MPa. Dit is ruim boven de vereiste waarde van 30 MPa. Verdichtingsgraad De verdichtingsgraad is bepaald ten opzichte van de één-punts Proctordichtheid bij het in-situ watergehalte en voldoet ruim aan de gestelde eis van 97%. De verdichting van de lagen lijkt voldoende geweest, zodat er geen of nauwelijks meer holtes tussen de brokken klei aanwezig zullen zijn. Het voorkomen van de aanwezigheid van grote holtes tussen de brokken klei is van belang voor eventuele klink en voor transport van water en daarmee voor de lange termijn stabiliteit. Op basis van de bereikte verdichtingsgraad lijkt het erop dat er geen grote additionele klink zal optreden als gevolg van het dichtdrukken van nog overgebleven holtes. Tevens wordt hiermee voorkomen dat water zich verzamelt in de ophoging en daarmee de stabiliteit van de ophoging beïnvloedt. Verificatie van de grootte van de holten dient plaats te vinden op basis van boringen en een visuele inspectie van een ontgraving in de klei. 6.4 Uitvoeringsaspecten De evaluatie gaat in op de uitvoering zelf (paragraaf 6.4.1) en de controle op de uitvoering (6.4.2). 6.4.1

Uitvoering

Achtereenvolgens wordt aandacht besteed aan: verwerkbaarheid klei en de invloed van neerslag hierop; verdichten van de klei. Verwerkbaarheid De klei heeft ondanks de lage consistentie-index (0.60) een goede verwerkbaarheid en bleek goed berijdbaar voor het toegepaste materieel. Wel dienden de werkzaamheden gedurende een neerslagperiode van ca. 3 dagen gestaakt te worden. Hierbij viel meer dan 10 mm neerslag per dag. De werkbaarheid is bevorderd door de lagen klei onder afschot (helling 1:50) aan te brengen (figuur 6.2). De walsrichting voor de proefophoging was evenwijdig aan de as van de ophoging. Beter is het een walsrichting toe te passen loodrecht op de as van de ophoging om te voorkomen dat er ruggetjes klei ontstaan loodrecht op de afschotrichting. Zo wordt de afwatering van neerslag bevorderd en wordt voorkomen dat plassen water op het oppervlak blijven staan.

Figuur 6.2: Aanbrengen en walsen onder afschot

Proefophoging A5

65

Verdichten Met een standaard bulldozer was het mogelijk een laag aangebrachte klei met een dikte van 0.35 meter voldoende te verdichten. Na vier walsgangen is een gemiddelde verdichtingsgraad bereikt van 102%. Hierbij nam de laagdikte af tot 0.30 meter. De eerste drie walsgangen zijn dynamisch verdicht. De vierde en laatste walsgang is statisch uitgevoerd. Door middel van het dynamisch verdichten wordt de klei verdicht tot een diepte van ca. 30 centimeter. Echter de bovenste 5 centimeter blijft enigszins verstoord. Dit maakt een extra walsgang noodzakelijk, echter uitgevoerd zonder te trillen. 6.4.2 Controle De controle op de uitvoering heeft plaatsgevonden op basis van de verdichtingsgraad, gedefinieerd als de bereikte droge dichtheid ten opzichte van de één-punts Proctordichtheid bij het in-situ watergehalte. Zodra de verdichtingsgraad rond de 100% ligt kan ervan uitgegaan worden dat de klei zodanig verdicht is, dat geen grote poriën tussen de kleibrokken meer aanwezig zijn. De verdichtingsgraad is bepaald op basis van monsters genomen met een steekring en op basis van nucleaire dichtheidsmetingen. De nucleaire dichtheidsmetingen bleken onbetrouwbare resultaten op te leveren zonder een correctie voor het gemeten watergehalte (zie paragraaf 4.4.1). Door de monsters genomen met een steekring te drogen in een magnetron kon binnen redelijk korte tijd (enige uren) bepaald worden of een laag voldeed aan de vereiste verdichtingsgraad. Nadeel van de controle op basis van de verdichtingsgraad is dat deze geen relatie heeft met de sterkte en stijfheid van de klei. Een andere methode om een uitspraak te kunnen doen over de sterkte en stijfheid is de bepaling van de conusweerstand met een handsondeerapparaat [lit. 16]. De conusweerstand geeft een indicatie van de bereikte sterkte en stijfheid die de uiteindelijke stabiliteit en ontwerp van de wegconstructie bepalen. Opzetten van een correlatie tussen de sterkte en stijfheid enerzijds en de conusweerstand anderzijds is noodzakelijk. Hiermee kan dan een eis opgesteld worden voor de minimaal te bereiken conusweerstand. Door combinatie met incidentele visuele controles kan tevens gecontroleerd worden of er geen holtes meer tussen de brokken klei aanwezig zijn. Een aanzet betreffende de beproevingsmethode, criteria en te nemen maatregelen indien niet voldaan wordt aan de te stellen eis voor de conusweerstand is uitgewerkt in [lit. 16]. Een bijkomend voordeel van deze meting is dat de resultaten direct beschikbaar zijn. Daarnaast is penetratie mogelijk tot maximaal ca. 1 meter, hetgeen het mogelijk maakt de controle in één keer voor meerdere lagen uit te voeren. Hierbij dient wel bedacht te worden dat indien diepere lagen niet voldoen aan het criterium voor de conusweerstand, bovenliggende lagen eerst verwijderd dienen te worden voordat de betreffende laag opnieuw verdicht kan worden. 6.5 Economische aspecten Naast civieltechnische en milieukundige randvoorwaarden voor de toepassing van klei uit baggerspecie dient ook een economische afweging gemaakt te worden. De afweging dient plaats te vinden op basis van een vergelijking tussen de kosten voor de opbouw van een constructieve ophoging met klei uit baggerspecie en de kosten van een normale ophoging bestaande uit zand. Hierbij dienen de extra risico’s en beperkingen bij toepassing van klei uit baggerspecie in acht genomen te worden. Afhankelijk van het type project dient rekening gehouden te worden met kosten voor: • • •

koop en aanvoer zand in vergelijking met de aanvoer van klei. Voor de proefophoging A5 is de klei om niet in het werk geleverd, hetgeen een structurele besparing oplevert ten opzichte van de kosten voor koop en aanvoer van zand; extra laboratoriumonderzoek (civieltechnisch en milieukundig) dat noodzakelijk is bij toepassing van klei uit baggerspecie; aanbrengen, verspreiden en verdichten zand in vergelijking met klei. Over het algemeen zullen de kosten voor de verwerking van zand lager liggen dan bij klei. Dit is het gevolg van de lagere produktie bij het verwerken van de klei. Oorzaak hiervoor is de complexere verdichtingsproblematiek. Tevens is extra materieel benodigd.

Proefophoging A5

66

Het verschil in bovenstaande kosten dient afgewogen te worden tegen de volgende ricico’s: • •

de verwerkbaarheid van klei is weersafhankelijk. Neerslagperioden kunnen de verwerking van klei vertragen; de kwaliteit van klei uit baggerspecie kan variëren hetgeen de kwaliteit van de ophoging beïnvloedt.

Het prijsverschil tussen de koop en verwerking van zand en klei dient op te wegen tegen de extra risico’s die gelopen worden als gevolg van weersinvloeden. Het tweede risico is beheersbaar door een goede voorbereiding en controle op de werkzaamheden. Diverse ervaringen hebben uitgewezen dat middels een gedegen voorbereidingsonderzoek en een stringente uitvoeringscontrole constructieve ophogingen aangelegd kunnen worden die voldoen aan de eisen en gelijkwaardig zijn aan zand. Een kostenvergelijking is nog niet gemaakt. De verwachting is dat er geen grote verschillen zijn in kosten voor de toepassing van klei uit baggerspecie in plaats van zand voor constructieve ophogingen. Bovenstaande beschouwing is uitgegaan van een bedrijfseconomische analyse op projectniveau. Wordt de toepassing van klei uit baggerspecie op nationaal niveau bekeken dan dienen ook de vermeden depot/stortkosten in rekening gebracht te worden. Hiermee wordt de toepassing van klei uit baggerspecie lucratiever ten opzichte van zand. Veel overheden zijn probleemhebber van baggerspecie en beheerder/bouwer van infrastructurele werken. In principe is het dus een macro-afweging met eventuele duurzaamheids-overwegingen (besparing op primaire grondstoffen). 6.6 Conclusies Achtereenvolgens zijn de conclusies gegeven betreffende de evaluatie van: • • • • •

eigenschappen klei; (toekomstig) gedrag ophoging; ontwerp; uitvoeringsaspecten; economische aspecten.

Eigenschappen klei • • •

het watergehalte en organisch stof gehalte van de klei zijn 1 maand na aanleg vergelijkbaar met de tijdens de voorbereiding gemeten waarden. Het verdient aanbeveling deze parameters gedurende langere tijd te monitoren; het watergehalte bepaald door droging in een droogstoof geeft hogere waarden dan het watergehalte bepaald met een magnetron; de sterkte- en vervormingseigenschappen van de klei gemeten 1 maand na aanleg zijn gelijk aan de waarden gemeten in de voorbereidingsfase. Alleen de doorlatendheid is toegenomen. Voor dit laatste is geen éénduidige verklaring aan te wijzen.

(Toekomstig) gedrag ophoging • • • • •

horizontaal zijn er in oostelijke richting vervormingen opgetreden van ca. 10 centimeter. Dit is hoogstwaarschijnlijk het gevolg van de klink die is opgetreden in de kleikern; na 1.5 jaar is gemiddeld een vertikale vervorming van de kleikern opgetreden van 0.11 meter. De verwachting is dat na het verwijderen van de tijdelijke overhoogte de restklink minimaal zal zijn (kleiner dan 1 centimeter). Dit is exclusief mogelijke klink door afbraak van organisch materiaal; de consistentie-index van de kleikern komt overeen met een evenwichtswatergehalte waarbij verwacht word dat er geen klink dan wel zwel zal optreden; de dynamische elasticiteitsmodulus van de kleikern bedraag gemiddeld 119 MPa. Dit is vergelijkbaar met een conventionele ophoging bestaande uit ophoogzand; op basis van ongedraineerd gedrag en gemiddelde waarden voor de sterkteparameters is de veiligheidsfactor ten aanzien van stabiliteit 2.5.

Proefophoging A5

67

Ontwerp •

•

• •

aan alle constructie-eisen betreffende zettinggedrag, klink, E-modulus en stabiliteit is voldaan. Alleen is er mogelijk sprake van een schijnwaterspiegel die gelijk ligt aan het niveau van de onderkant van de klei. Verificatie van de waterspiegel dient plaats te vinden op basis van peilbuizen; aan de materiaaleisen betreffende de consistentie-index en organisch stof gehalte is niet voldaan. De consistentie van de klei bleek echter voldoende om deze in de ophoging te verwerken en te verdichten. De eis voor het organisch stof gehalte is gesteld om excessieve klink door afbraak van organisch materiaal te voorkomen. Door toepassing van voldoende dekking met grond is de verwachting dat het organisch stof gehalte niet verder zal afnemen en kan materiaal met een hoger organisch stof gehalte toepast worden dan geëist; de klei zelf is homogeen van aard. Wel zijn enige grove delen in de klei aangetroffen. Deze zijn verwijderd uit de ophoging; de uitvoeringseisen ten aanzien van de E-modulus en verdichtingsgraad zijn ruimschoots behaald.

Uitvoeringsaspecten • •

bij een constistentie-index van 0.6 bleek de klei goed verwerkbaar en berijdbaar voor het toegepast materieel. Tijdens een periode van neerslag waarbij meer dan 10 mm aan neerslag per dag viel dienden de werkzaamheden gestaakt te worden; de controle van de verdichtingsgraad heeft plaatsgevonden op basis van de één-punts Proctordichtheid. Bij een verdichtingsgraad van rond de 100% kan ervan uitgegaan worden dat er geen grote poriën meer tussen de kleibrokken aanwezig zijn.

Economische aspecten over het algemeen zullen de kosten voor levering van zand hoger liggen dan die van klei. De kosten voor het verwerken van klei daarentegen zijn weer hoger dan voor het verwerken van zand. Een kostenvergelijking is nog niet gemaakt. De verwachting is dat de kosten niet veel zullen verschillen.

Proefophoging A5

68

7 Milieukundige gegevens ............................................................................. In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de milieukundige aspecten. Beschreven zijn de uitgevoerde milieukundige onderzoeken, het ontwerp en de eisen. In paragraaf 7.1 komen de milieukundige eisen aan de orde en wordt tevens kort ingegaan op het wettelijk kader. De resultaten van de partijkeuring uitgevoerd op de baggerspecie in de rijpingsvelden op het baggerbewerkingsdepot Nauerna zijn beschreven in paragraaf 7.2. In deze paragraaf is tevens een analyse gegeven van de resultaten. De milieukundige aspecten met betrekking tot het ontwerp van de proefophoging komen aan de orde in paragraaf 7.3. De milieukundige monitoring is beschreven in paragraaf 7.4. Hierbij wordt opgemerkt dat de feitelijke monitoring nog lopende is en de beschrijving zich hier beperkt tot een beschrijving van de nul-situatie. 7.1 Milieukundige eisen 7.1.1 Algemeen Afhankelijk van de mate van verontreiniging kan (zoet water) baggerspecie volgens de Evaluatienota Water [lit. 18] worden onderverdeeld in vijf klassen (klasse 0 tot en met 4). Baggerspecie klasse 0 is schoon. Baggerspecie klasse 1 tot en met klasse 4 is oplopend van licht tot ernstig verontreinigd. Deze klasse-indeling is bedoeld voor de beoordeling van de waterbodems (o.a. voor noodzaak sanering en mogelijkheden voor verspreiding). De klasse-indeling is niet geschikt om de toepasbaarheid volgens het Bouwstoffenbesluit [lit. 19] te beoordelen. In de Evaluatienota Water worden uitsluitend eisen gesteld ten aanzien van de milieukundige samenstelling, terwijl het Bouwstoffenbesluit naast samenstellingeisen (die bovendien verschillen van de eisen uit de Evaluatienota Water) tevens eisen stelt ten aanzien van de uitloging. Aan het Bouwstoffenbesluit moet worden voldaan, indien baggerspecie in een werk wordt gebruikt. Volgens het Bouwstoffenbesluit kan baggerspecie afhankelijk van de samenstelling en mate van immissie naar de omgeving (uitloging) worden geclassificeerd als: • • • •

schone grond; grond categorie 1; grond categorie 2; grond niet toepasbaar.

Figuur 7.1 illustreert de systematiek van het Bouwstoffenbesluit. 7.1.2 Toepassingseisen Naast samenstellings- en immissie-eisen gelden tevens toepassingseisen. Voor de samenstellings- en immissiewaarden ten behoeve van de categorie-indeling wordt verwezen naar het Bouwstoffenbesluit. De belangrijkste toepassingseisen zijn weergegeven voor achtereenvolgens schone grond, categorie 1 grond, categorie 2 grond en niet toepasbare grond. Daarnaast zijn procedurele eisen van toepassing. Deze worden hier verder niet genoemd.

Proefophoging A5

69

(immissie in de Bodem)

schone grond vrij toepasbaar

uitloging

niet toepasbaar

niet toepasbaar

categorie 2

categorie 1 samenstelling

Samenstellingswaarde schone grond

Samenstellingswaarde niet-schone grond

Figuur 7.1: Systematiek Bouwstoffenbesluit Schone grond Bij gebruik van schone grond zijn geen maatregelen nodig. Grond van categorie 1 1. De grond mag niet worden gemengd met de bestaande bodem; 2. De grond moet verwijderd kunnen worden; 3. De grond moet inderdaad worden verwijderd, als (een deel van) het werk waarvoor de grond is gebruikt, wordt opgeruimd of als het werk niet meer wordt onderhouden en geen functie meer heeft. De verplichting vervalt, als de bodem daardoor sterker zou worden aangetast dan zonder verwijdering; 4. De grond moet aanééngesloten worden verwerkt in hoeveelheden van tenminste 50 m3; het bevoegd gezag kan een hoger minimum eisen. Grond van categorie 2 1. De grond mag niet worden gemengd met de bestaande bodem; 2. De grond moet verwijderd kunnen worden; 3. De grond moet inderdaad worden verwijderd, als (een deel van) het werk waarvoor de grond is gebruikt, wordt opgeruimd of als het werk niet meer wordt onderhouden en geen functie meer heeft. De verplichting vervalt, als de bodem daardoor sterker zou worden aangetast dan zonder verwijdering; 4. De grond moet aanééngesloten worden verwerkt in hoeveelheden van tenminste 10.000 ton. In de wegenbouw (wegfunderingen) is 1.000 ton toegestaan; 5. De bovenkant van het werk moet zodanig zijn afgedicht, dat nagenoeg geen regenwater in de grond kan doordringen. De onderkant moet na zetting tenminste 0.5 meter boven de gemiddeld hoogste grondwaterstand liggen; 6. De afdichting moet worden gecontroleerd en onderhouden. Niet toepasbare grond De grond mag binnen de werkingssfeer van het Bouwstoffenbesluit niet worden gebruikt. Verwezen wordt naar de afvalstoffenwetgeving. Op grond hiervan zijn er twee verwerkingsmogelijkheden: reinigen of storten.

Proefophoging A5

70

7.2 Partijkeuring 7.2.1 Algemeen Op 19 juli 2000 is door IWACO een partijkeuring [lit. 20] uitgevoerd op de baggerspecie in de rijpingsvelden op het baggerbewerkingsdepot Nauerna. De doelstelling van de partijkeuring was na te gaan of de baggerspecie kan worden toegepast in een werk volgens het Bouwstoffenbesluit en onder welke voorwaarden. De partij is onderzocht volgens het ‘Gebruikersprotocol Schone Grond en Bouwstoffen’ van het Bouwstoffenbesluit en de ‘Beoordelingsrichtlijn Monsterneming Bouwstoffenbesluit’, protocol 18: ‘Monsterneming grond ten behoeve van partijkeuringen’. 7.2.2 Resultaten In tabel 7.1 zijn de analyse- en toetsingsresultaten met betrekking tot de samenstelling weergegeven. Tabel 7.2 bevat de analyse- en toetsingsresultaten met betrekking tot de uitloging. De in tabel 7.2 weergegeven uitloogwaarden U1 en U2 gelden bij een toepassingshoogte van 0.20 meter. Daarnaast is op basis van de gemeten uitloging de maximale toepassingshoogte van de grond berekend. Parameter gemiddelde schone grond Lutum 15.5 Organische stof 7.5 Arseen 10.1 24.2 Cadmium 0.66 1.2 Chroom 55 81 Koper 37 28.8 Kwik 0.41 0.26 Lood 112 73 Nikkel 29 25.5 Zink 199 108 Min.olie 143 37.5 PAK (10 VROM) 11.1 1 EOX 1.52 0.3

niet-schone grond 45.9 10.2 308 152 8.79 455 153 554 375 40 2.25

eenheid % van ds. % van ds. mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds mg/kg ds

categorie Schoon Schoon Schoon categorie 1 categorie 1 categorie 1 categorie 1 categorie 1 categorie 1 categorie 1 categorie 1

Tabel 7.1: Analyse- en toetsingsresultaten samenstelling10

10

De weergegeven gemiddelde waarden zijn gebaseerd op de analysewaarden van 2 mengmonsters inclusief een zekerheidfactor van 1.37. Bij onderschrijding van de grenswaarde voor schone grond kan de grond beschouwd worden als schoon en mulfi-functioneel toepasbaar. Onderschrijding van de grenswaarde voor niet-schone grond heeft tot gevolg dat de grond beschouwd dient te worden als grond categorie 1 of grond categorie 2 of niet toepasbare grond e.e.a. afhankelijk van de resultaten van de uitloogproeven. Bij overschrijding van de grenswaarde voor niet-schone grond dient de grond beschouwd te worden als niet toepasbare grond.

Proefophoging A5

71

Parameter gemiddelde U1 Lutum 15.5 Org. stof 7.5 Antimoon 0.01 0.10 Arseen 0.19 1.08 Barium 0.4 16.7 Cadmium 0.006 0.059 Chroom 0.04 4.13 Cobalt 0.04 1.02 Koper 0.20 1.89 Kwik < 0.001 0.022 Lood 0.07 4.64 Molybdeen 0.160 0.062 Nikkel 0.07 2.23 Seleen 0.013 0.077 Tin 0.04 0.85 Vanadium 0.03 3.47 Zink 0.07 8.36 Bromide 0.59 3.58 Chloride 162 711 Fluoride 9.5 41.7 Sulfaat 9193 1254

U2 eenheid categorie toepassingshoogte % van ds. % van ds. 0.46 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 7.15 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 63.6 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 0.083 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 13.8 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 2.79 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 4.16 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 0.078 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 10.2 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 1.1 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 4.36 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 0.12 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 2.7 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 33.4 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 17.2 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 44.3 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 8842 mg/kg ds categorie 1 > 25.0 117 mg/kg ds categorie 1 1.02 22077 mg/kg ds categorie 2 > 25.0

Tabel 7.2: Analyse- en toetsingsresultaten uitloogproeven11 Uit het samenstellingsonderzoek blijkt dat de parameters koper, kwik, lood, nikkel, zink, PAK (10 VROM), minerale olie (C10-C40) en EOX de grenswaarde voor schone grond overschrijden. De grenswaarde voor niet-schone grond wordt niet overschreden. Uit het uitloogonderzoek blijkt dat sulfaat de immissiewaarde voor toepassing als grond categorie 1 overschrijdt. Uit tabel 7.1 en 7.2 volgt dat op basis van de uitloging van sulfaat de baggerspecie kan worden beschouwd als grond categorie 2 met een toepassingshoogte van meer dan 25 meter. 7.2.3 Analyse Zonder sulfaat blijkt dat de baggerspecie kan worden toegepast als grond categorie 1 met een maximale toepassingshoogte van 1.02 meter. Bij een toepassingshoogte van meer dan 1.02 meter blijkt dat fluoride de immissiewaarden overschrijdt voor toepassing als grond categorie 1. Worden in de analyse sulfaat én fluoride niet betrokken dan blijkt dat de baggerspecie kan worden toegepast als grond categorie 1 met een toepassingshoogte van meer dan 25 meter. Volgens het rekenmodel van het Bouwstoffenbesluit dient voor de berekening van de immissiewaarden voor toepassingen zonder bovenafdichting (categorie 1) een rekenwaarde voor de infiltratie van 300 millimeter per jaar aangehouden te worden. Deze waarde is van toepassing voor zowel grind als goed verdichte slecht doorlatende klei.

11

De weergegeven gemiddelde waarden zijn gebaseerd op immissiewaarden van 2 mengmonsters inclusief een zekerheidfactor van 1.37. De grenswaarde U1 geeft de grens aan tussen grond categorie 1 en grond categorie 2. Overschrijding van U2 heeft tot gevolg dat de grond beschouwd dient te worden als niet toepasbare grond.

Proefophoging A5

72

De klei heeft echter een doorlatendheid van minder dan 10-8 m/s (paragraaf 2.3.2) welke veel lager is dan de doorlatendheid van grind en zand. In [lit. 21] is de effectieve infiltratie berekend voor klei met een doorlatenheid van minder dan 10-8 m/s. Hieruit blijkt dat voor klei een infiltratie aangehouden kan worden van minder dan ca. 30 millimeter per jaar. Bij een infiltratie van minder dan 30 millimeter per jaar blijkt dat de sulfaat- en fluoride-immissie voldoen aan de immissiewaarden voor grond categorie 1 [lit. 22]. Daarbij wordt opgemerkt dat de fluorideimmissie ruimschoots voldoet aan de eis. De sulfaatimmissie voldoet iets minder ruim. In werkelijkheid is de situatie voor sulfaat gunstiger dan volgens de uitloogproeven door de anaërobe omstandigheden die in een ophoging optreden. De werkelijke immissie zal daardoor nog veel lager zijn. Voor sulfaat geldt tevens dat door de anaërobe omstandigheden die in een ophoging optreden de werkelijke immissie sulfaat lager zal zijn dan op basis van de standaard uitloogproeven wordt voorspeld. Hierbij kan worden gedacht aan “immobilisatie” omdat door de zuurstofloze condities sulfaat kan worden omgezet in het immobiele sulfide. In de praktijk wordt nagegaan of de werkelijke immissie van sulfaat en fluoride aan het Bouwstoffenbesluit voldoet, zoals wordt verwacht op basis van de hiervoor beschreven theorie. 7.2.4 Conclusie Op basis van een infiltratie van ca. 30 millimeter per jaar blijkt dat de klei voldoet aan de immissiewaarden voor grond categorie 1 en daarmee ook toegepast kan worden als grond categorie 1 in plaats van grond categorie 2. Vooruitlopend op een vrijstellingsregeling betreffende de immissie van sulfaat en fluoride bij toepassing van grond en baggerspecie is in overleg met VROM, het SKB (Stichting Kennisontwikkeling Bodem) en de gemeente Haarlemmermeer overeengekomen de klei als categorie 1 bouwstof toe te passen. Met het bevoegd gezag (gemeente Haarlemmermeer) is overeengekomen deze afwijking van het Bouwstoffenbesluit te monitoren tot twee jaar na aanleg. Dit betekent dat met name de uitloging van sulfaat en fluoride tijdens de gebruiksfase bepaald zullen worden. 7.3 Ontwerp Voor het ontwerp dient naar aanleiding van de conclusie uit paragraaf 7.2 rekening gehouden te worden met volgende aspecten: •

•

een effectieve infiltratie van ca. 30 millimeter per jaar zal alleen optreden als er geen berging is. Er mag geen water boven de ophoging in een kuil blijven staan, omdat water langzaam maar zeker zal infiltreren (ongeacht de doorlatendheid van het materiaal). Door de ophoging onder afschot aan te brengen en te waarborgen dat dit afschot na zetting blijft bestaan, wordt hieraan voldaan; de toepassing van de klei als grond categorie 1 betekent dat de bovenkant van de klei niet behoeft te worden afgedicht. Daarnaast vervalt de eis dat de onderkant van de klei na zetting tenminste 0.5 meter boven de gemiddeld hoogste grondwaterstand dient te liggen.

7.4 Aanzet tot monitoring 7.4.1 Nulsituatie ondergrond en drainzand Op 12 juli 2001 is de milieukundige nulsituatie van de ondergrond en het drainzand vastgelegd [lit. 23]. Hierbij zijn monsters genomen tot een diepte van 1 meter onder het (oorspronkelijk) maaiveld. Daarnaast zijn monsters genomen van de laag drainzand om na te kunnen gaan of dit materiaal de monitoring van sulfaat en fluoride zou kunnen beïnvloeden. De analyseresultaten met betrekking tot de samenstelling zijn weergegeven in tabel 7.3. Wat betreft de ondergrond zijn de resultaten gebaseerd op de analyse van vier mengmonsters. Van het drainzand is één mengmonster geanalyseerd.

Proefophoging A5

73

Parameter Droge stof Org.stof Lutumgehalte Chloride Sulfaat Zwavel totaal Zwaveloxidatie Arseen Cadmium Chroom Koper Kwik Lood Nikkel Zink

min 76.2 1.7 12 84 160 190 0 1.5 5 9 3.5 9 8 22

Ondergrond gem max 77,6 79.3 2,0 2.4 14 16 107 116 190 210 2875 4600 2.4 6 < 0.1 10 4.4 < 0.1 12 9 28

2.8 12 10 5.0 15 9 32

Drainzand 90.1 0.2 <1 250 170 1100 5.2 <5 < 0.1 3.0 1.5 < 0.1 4.0 3.0 17

Eenheid % % van ds. % van ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. % mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds. mg/ kg ds.

Tabel 7.3: Samenstellingswaarden ondergrond en drainzand Uit de analyseresultaten blijkt dat de ondergrond vrij siltig is en weinig organische stof bevat. De gehalten aan chloride en sulfaat zijn voor Nederland normale tot licht verhoogde achtergrondwaarden. Opvallend is echter het hoge gehalte aan zwavel totaal. De gehalten aan zware metalen voldoen aan de streefwaarden. Uit ander onderzoek [lit. 21] in de omgeving van de ophoging blijkt dat arseen lokaal de interventiewaarde overschrijdt. Vermoedelijk is dit arseen van natuurlijke herkomst. Arseen komt namelijk in Noord-Holland veelvuldig in hoge concentraties voor. 7.4.2 Nulsituatie grondwater Voor de milieukundige monitoring van het grondwater zijn vier peilbuizen geplaatst. Het gaat hierbij om de uitloging van stoffen uit de kleikern naar de ondergrond. De peilbuizen zijn geplaatst op 12 oktober 2001. Twee peilbuizen staan in de ophoging aan de oostelijke zijde, ca. 1 meter vanaf de teen en 25 meter vanaf de grens van het proefvak. Een derde peilbuis staat aan de westelijke zijde net buiten de ophoging en één peilbuis dient als referentie. Na het plaatsen van de peilbuizen op 12 oktober is de samenstelling van het grondwater vastgelegd, zoals dat onder en naast de proefophoging voorkomt. De resultaten van dit onderzoek zijn vermeld in tabel 7.4.

Proefophoging A5

74

Parameter PH E.C. Eh Sulfaat S-totaal Sulfidetot. Chloride Fluoride DOC Fe tot. Fe Ca Na Arseen Cadmium Chroom Koper Kwik Lood Nikkel Zink

Peilbuis 1 6.8 830 373 630 240 < 0.1

Peilbuis 2 6.6 485 290 1600 650 < 0.1

Peilbuis 3 6.6 255 251 430 190 < 0.1

Peilbuis 4 7.0 930 428 66 29 < 0.1

2700 0.69 36 35 43 600 1500 60 <1 <5 < 10 < 0.03 < 10 11 8

490 0.59 43 16 20 700 400 28 < 0.4 <5 < 10 < 0.03 < 10 23 19

425 0.79 15 < 0.02 < 0.1 380 340 3.0 0.2 <5 < 10 < 0.03 < 10 7 42

180 0.88 9.8 1.3 2.0 90 160 11 < 0.1 18 < 10 < 0.03 < 10 <5 85

Eenheid µS.cm mV mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l

Tabel 7.4: Samenstellingswaarden grondwater oktober 2001 Uit de analyseresultaten blijkt een zeer variabel beeld per peilbuis [lit. 23]. Dit kan deels veroorzaakt zijn door variaties in de grondwaterstand. Bij grondwaterstandverlaging kan het sulfide in de grond oxideren. Hierdoor ontstaat sulfaat dat goed oplosbaar is en dus in het grondwater terecht komt. Uit de analyseresultaten blijkt dat de concentratie aan zouten in het grondwater relatief hoog is. Het grondwater in peilbuis 1 is brak en in de peilbuizen 2 en 3 benadert het de grens voor brak. Gezien deze mariene invloed zijn de relatief hoge sulfaatconcentraties niet opmerkelijk. 7.4.3 Nulsituatie kleikern Na het gereed komen van de kleikern van de proefophoging is de klei op 9 augustus 2001 laagsgewijs bemonsterd ten behoeve van een samenstellingsonderzoek. De analyseresultaten zijn onderstaand besproken. Voor het samenstellingsonderzoek zijn op 5 plaatsen boringen gezet. Overeenkomstige lagen van 0.5 meter zijn samengevoegd tot een drietal mengmonsters. Tabel 7.5 bevat een samenvatting van de resultaten van het onderzoek. Uit de resultaten blijkt dat de samenstelling weinig varieert. Parameter Droge stof Org.stof Sulfaat Zwavel tot. Zwaveloxidatie Chloride

min 68.1 7.1 7100 8000 25.8 90

Klei gem 70.4 7.8 7900 9600 27.8 101

Eenheid max 73.4 8.5 8500 11000 30.4 110

% % van ds. mg/kg ds. mg/kg ds. % mg/kg ds.

Tabel 7.5: Samenstellingswaarden klei in proefophoging

Proefophoging A5

75

7.4.4 Monitoring milieukundige aspecten Als onderdeel van de milieukundige monitoring is de nulsituatie vastgelegd. De resultaten hiervan zijn beschreven in paragraaf 7.4.1 tot en met paragraaf 7.4.3. Met het bevoegd gezag (gemeente Haarlemmermeer) is overeengekomen de proefophoging te monitoren. De rapportage van de monitoring is nog niet beschikbaar en zal in SKB-verband worden opgesteld.

Proefophoging A5

76

8 Conclusies ............................................................................. Geconcludeerd kan worden dat, mits voldaan wordt aan bepaalde randvoorwaarden, gerijpte klei uit baggerspecie geschikt is om als constructief ophoogmateriaal toe te passen. De proefophoging A5 voldoet aan alle voorwaarden betreffende klink, stabiliteit en stijfheid. Achtereenvolgens worden de belangrijkste conclusies gegeven betreffende de voorbereiding, ontwerp, uitvoering, monitoring, evaluatie en milieukundige aspecten: Voorbereiding • •

de baggerspecie bestaat uit KLEI, sterk zandig, matig humeus, kalkrijk met een medium tot hoge plasticiteit; op basis van de resultaten in de voorbereiding is geconcludeerd dat de eigenschappen van de gerijpte baggerspecie uit de rijpingsvelden zodanig waren dat het zinvol was om de ontwerpfase in te gaan.

Ontwerp •

toepassing van de klei levert ten aanzien van de klink- en stabiliteitseisen geen problemen op. Alleen de consistentie-index van de klei is vrij laag, hetgeen problemen kan opleveren betreffende de verwerkbaarheid en begaanbaarheid tijdens de aanleg van de ophoging. Dit is geverifeerd aan de hand van het toetsvak dat aangelegd is voorafgaande aan de uitvoering.

Uitvoering •

uit de aanleg van het toetsvak bleek dat de klei bij een consistentie-index van 0.60 nog goed begaanbaar, verwerkbaar en verdichtbaar is. De verdichtingseis van 97% is ruimschoots gehaald (102%).

Monitoring • • •

de reductie van de klink in de gebruiksfase met een tijdelijke overhoogte lijkt goede resultaten op te leveren. Op basis van een spanningsafhankelijkheidsrelatie wordt in de gebruiksfase een restklink verwacht van niet meer dan 0.01 meter; de totale klink van de ophoging (gemiddeld 0.11 meter) is veel minder dan berekend in de ontwerpfase (0.60 meter); de dynamische elasticiteitsmodulus van de klei bedraagt meer dan 100 MPa, hetgeen vergelijkbaar is met een ophoging van zand.

Evaluatie • • •

het lijkt erop dat in de gebruiksfase er niet of nauwelijks nog klink zal optreden. Er kan echter nog geen uitspraak gedaan worden over de klink als gevolg van een eventuele afname van de organische stof in de klei; op basis van de bereikte consistentie-index van de klei in de proefophoging (0.7) wordt niet verwacht dat er nog zwel dan wel klink zal optreden; de ophoging voldoet aan alle gestelde constructie-eisen.

Milieukundige aspecten •

de baggerspecie dient op basis van het Bouwstoffenbesluit beschouwd te worden als grond categorie 2 met een toepassingshoogte van meer dan 25 meter. Vooruit lopend op de

Proefophoging A5

77

•

vrijstellingsregeling betreffende de immissie van sulfaat en fluoride kan de baggerspecie beschouwd worden als grond categorie 1; doordat de klei toegepast kan worden als grond categorie 1 zijn eisen als het afdichten van de bovenkant van de klei en een minimaal verschil tussen de onderkant van de klei na zetting en de gemiddeld hoogste grondwaterstand van 0.5 meter niet van toepassing.

Proefophoging A5

78

9 Aanbevelingen ............................................................................. De belangrijkste aanbevelingen ten aanzien van achtereenvolgens de proefophoging A5, onderzoek voor toekomstige ophogingen en de milieukundige aspecten zijn: Proefophoging A5 • • •

bepaal de sterkte-eigenschappen van de klei op termijn ter controle van de ontwikkeling van de cohesie als functie van de tijd; bepaal op termijn het watergehalte, organisch stof gehalte en de consistentie-index van de klei ter controle op de eventuele additionele klink en/of zwel; controleer de waterstand in het cunet onder de proefophoging. Indien werkelijk blijkt dat zich hier water heeft verzameld dienen extra drainagevoorzieningen getroffen te worden.

Toekomstige ophogingen • • • • • • •

opstelling van een bemonsterings- en beproevingsprotocol voor de bepaling van essentiële parameters in de voorbereidings- en uitvoeringsfase; tijdens de voorbereiding van een project waarbij klei uit baggerspecie wordt gebruikt dient in eerste instantie altijd de consistentie-index bepaald te worden. Deze parameter bepaalt in sterke mate de civieltechnische toepasbaarheid van het materiaal; ontwikkel een test om de plasticiteitsgrens te bepalen op basis van de valconusmethode; verbetering van de voorspelling van de klink van de ophoging; ontwikkel een meetprotocol op basis van de watergehalte bepaling tijdens de uitvoering met een magnetron. Hierbij behoort tevens een ijking met de bepaling van het watergehalte volgens de gangbare methode: droging in een droogstoof; ontwikkel een alternatieve controlemethode op de bereikte verdichting en sterkte en stijfheid op basis van de bepaling van de conusweerstand met een handsondeerapparaat; voer een kostenstudie uit naar de toepassing van klei uit baggerspecie als constructief ophoogmateriaal in vergelijking met de toepassing van zand.

Milieukundige aspecten •

voor de interpretatie van het milieukundig onderzoek dient rekening gehouden te worden met de lagere infiltratie van neerslag in een constructie bestaande uit klei in vergelijking met de uitgangspunten van het Bouwstoffenbesluit. Dit levert een lagere uitloging op in vergelijking met het Bouwstoffenbesluit.

Proefophoging A5

79

Proefophoging A5

80

10 Literatuur ............................................................................. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Marktstudie gerijpte baggerspecie in het kader van criteria reinigbaarheid baggerspecie, KPMG i.o.v. Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, januari 2002. Onderzoek klei-stortlocatie Nauerna t.b.v. project HER/KLEI-proefweg A5, IL-R-01.39/3, Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, juli 2001. Beproevingscertificaat betreffende het onderzoek van klei, KOAC, 13 maart 2001. Laboratoriumresultaten betreffende gerijpte klei uit baggerspecie in een proefophoging in de A5 nabij Badhoevedorp, H3122, Fugro, 18 juli 2001. Geotechniek: Classificatie van onverharde grondmonsters NEN 5104, september 1989. Toepassingsmogelijkheden van Klei uit Baggerspecie, Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, DWW-2002-040, oktober 2001. Ontwerp van een proefophoging van klei uit baggerspecie in Rijksweg A5, Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, november 2002. Geotechniek TGB 1990 – Basiseisen en belastingen NEN 6740, december 1991. Dagboek Aanleg Proefvak A5, Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, augustus 2001. Werkplan betreffende Proefophoging met klei uit baggerspecie in de A5 te Badhoevedorp, H3122, Fugro, mei 2001. Proefophoging Baggerspeciestortlocatie Badhoevedorp A5, Resultaten boringen en sonderingen, Fugro, augustus 2001. Laboratoriumresultaten betreffende gerijpte klei uit baggerspecie in een proefophoging in de A5 nabij Badhoevedorp, H3122, Fugro, augustus – september 2001. Tussenrapport betreffende Helling- en Deformatiemetingen Proefophoging Baggerspecie Rijksweg A5 te Badhoevedorp, H-3122, Fugro, 29 juli 2002. Eindrapport Landmeetkundige metingen bij Proefophoging Badhoevedorp A5, Fugro, 5 december 2002. Deflectiemetingen klei-ophoging A5 bij Schiphol, Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, 17 maart 2003. Eindrapport Proefophoging Stijve Klei Moerdijk, Combinatie Moerdijk, oktober 2001. Vuist- en rekenregels voor grondconstructies op sterk samendrukbare ondergrond, Inventarisatie literatuur, november 1991. Evaluatienota Water, Ministerie van Verkeer en Waterstaat. Bouwstoffenbesluit Bodem en Oppervlaktewaterbescherming, Ministerie van VROM, Staatsblad 567, 30 november 1995, gewijzigd 4 november 1997, Staatscourant 525. Partijkeuring grond stortplaats Nauerna, IWACO, 25 september 2000. Infiltratie van neerslag in constructies met gerijpte baggerspecie, TAUW, december 2000. Toetsing resultaten partijkeuring Nauerna aan oplossing Effectieve Infiltratie (Bijlage bij brief ADB-00133), Rijkswaterstaat – Dienst Weg- en Waterbouwkunde, datum onbekend. In-situ sulfaatreductie bij toepassing van gerijpte baggerspecie in werken, tussenrapport 1, TAUW, 21 december 2001. Partijkeuring grond stortplaats Nauerna, IWACO, 25 september 2000.

Proefophoging A5

81

Proefophoging A5

82

11 BIJLAGEN .............................................................................

I.

Meetresultaten Rijpingsvelden Nauerna

II.

Overzicht laboratoriumresultaten mei 2001

III.

Gemeten dwarsprofielen tijdens uitvoering

IV.

Weergegevens De Bilt, ophoogperiode project A5

V.

Meetresultaten tijdens aanbrengen proefophoging

VI.

Locatie meetinstrumenten in proefophoging

VII.

Beschrijving zettingsensor Geokon

VIII.

Overzicht laboratoriumresultaten augustus 2001

IX.

Resultaten en analyse klinkmetingen

X.

Berekeningsmethode restzettingen

XI.

Resultaat PLAXIS-berekeningen

Opmerking : Bijlagen niet bij het rapport geleverd.

Proefophoging A5

83

Proefophoging A5 te Badhoevedorp met klei uit baggerspecie

Recommend Documents