Dijken op Veen: van onderzoek naar ontwerpmethodiek. Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

Transcriptie

1 Dijken op Veen: van onderzoek naar ontwerpmethodiek Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares

2 Inhoud Aanleiding onderzoek Dijken op Veen Opzet proeven DoV1 Sfeerbeelden Achtergrond veen Uitvoering proeven Resultaten Bijdrage aan onderbouwing nieuwe ontwerpmethodiek 13 mei

3 Aanleiding Versterking Markermeerdijk Experts: Kennislacune sterkte veen Voorgeschreven rekenmodellen voor veen Praktijkonderzoek is Uniek Geen variantstudie voor Markermeerdijk Toegepast wetenschappelijk onderzoek 13 mei

4 Laboratoriumonderzoek Celproef Triaxiaal proef DSS test mei

5 Onderzoeksdoelen 1. Korte termijn (DOV) HHNK/HWBP: Sterkte veen Check geschiktheid rekenmethoden voor veen 2. Langere termijn (na DOV) RWS WVL: Verdiepen van inzicht in sterkte eigenschappen, gedrag en faalmechanismen van veen onder dijken Bepalen nut & noodzaak aanvullend onderzoek Bepalen nut & noodzaak aanpassen rekensystematiek Eis: resultaten representatief & breed gedragen door experts! 13 mei

6 Aanpak Onderdelen veldproef Onderzoek sterkte veen (in totaal 5 containerproeven) Grondonderzoek/labonderzoek Predictie (met verschillende rekenmodellen) Validatie door proeven laten bezwijken (afschuiving) Check waterspanningsreactie Check geschiktheid rekenmodellen voor veen Aandachtspunten Kwaliteitsborging Doorvertaling 13 mei

7 Werkwijze Werkwijze rekenmodel Parameterbepaling / laboratoriumproeven 1 LiftVan Huidige werkwijze met gedraineerde sterkte parameters uit multistage triaxiaalproeven 2 LiftVan Huidige werkwijze met gedraineerde sterkte parameters uit isotroop geconsolideerde single stage triaxiaalproeven 3 LiftVan Gedraineerde sterkte eigenschappen bij 2% en 5% rek uit anisotroop geconsolideerde single stage proeven 4 LiftVan Ongedraineerde sterkte-eigenschappen gebaseerd op pieksterkte van anisotroop geconsolideerde triaxiaalproeven 5 LiftVan Ongedraineerde sterkte eigenschappen zoals uitgewerkt in het SBW onderzoek werkelijke sterkte. Voor veen worden DSS proeven uitgevoerd, voor klei anisotroop geconsolideerde single stage triaxiaalproeven. Daarnaast wordt het grensspanningsverloop over de diepte vastgesteld aan de hand van een aantal samendrukkingsproeven 6 LiftVan Ongedraineerde sterkte parameters bepaald uit veldsonde metingen, zoals bol-sonde, sondering etc. 7 EEM De sterkte- en stijfheidseigenschappen worden bepaald aan de hand van de proeven die voor werkwijze 4 en 5 worden uitgevoerd 13 mei

8 Containerproeven Sterkte van veen in achterland sterkte van veen onder dijk Daarom veldproeven zonder én met een consolidatieperiode: 0 weken voorbelasting 8 weken voorbelasting 8 maanden voorbelasting 13 mei

9 Basisgedachte Opwekken glijvlak door veen (en alleen veen) Vaststellen gemobiliseerde schuifweerstand langs glijvlak Vergelijken gemobiliseerde weerstand met de huidige voorschriften en beschikbare alternatieven Het opwekken van een afschuiving dient veilig en gecontroleerd plaats te vinden 13 mei

10 Opbouw & uitvoering 1. ontgraven 4. voorbereiding doorbelasten 2,5 m uitvullen container 3 extra platen 2. voorbelasten 0,5 m 2 m 2 m 1 m 5. doorbelasten 7 platen a 3. consolidatie b a) water niveau in container verhogen b) verlagen water niveau in ontgraving 13 mei mei 2015

11 Opzet proeven Proeven zonder voorbelasting, proeven 1 en 2 Proeven met voorbelasting, proeven 4, 5 en 6 13 mei

12 Definitie geslaagde proef Grootte van de vervormingen die optreden bij het afschuiven bepalen het succes van de proef Voor de proef wordt gesteld dat macro-instabiliteit is opgetreden indien ergens langs het gewenste glijvlak de vervormingen minimaal 20 cm zijn en instantaan zijn opgetreden (dus geen zetting) Het gewenste glijvlak wordt gedefinieerd als een glijvlak dat is ontstaan van onder de containers naar de sloot Daarbij is het glijvlak in de onderste helft van het talud van de sloot uitgetreden 13 mei

13 Foto impressie 13 mei

15 Foto impressie

19 Film proef 6 13 mei

20 Inhoud Aanleiding onderzoek Dijken op Veen Opzet proeven Dov1 Sfeerbeelden Achtergrond veen Uitvoering proeven Resultaten Bijdrage aan onderbouwing nieuwe ontwerpmethodiek 13 mei

21 Karakterisatie veen Nadere detailering veenlaag Biologische omschrijving: riet zegge veen Von Post classificatie: H2 - H3, omschrijving niet vergaan (H2) tot licht vergaan (H3). Planten restanten zijn zichtbaar, geen amorf materiaal aanwezig 13 mei

22 Botanische achtergrond, Carex (Zegge) (Meier-Uhlherr et al, 2011) Photo G. Erkens, mei

23 Botanische achtergrond, sphagnum Palustre (veenmos) Photo G. Erkens 2012 (Meier-Uhlherr et al, 2011) 13 mei

24 Structuur (Hobbs 1986 e.a.) Eriophorum (wollegras) Sphagnum austinii (veenmos) photo G. van Wierdum Meer foto s (a.o.): Landva, 2007 Mesri & Aljouni, 2007 Hendry et al, 2012 X-ray CT beelden van veenmos (Kettridge & Binley 2011, See also: 13 mei

25 Zichtbare structuur bij uitdroging (Den Haan & Kruse, 2007) 13 mei

26 Doorlatendheid (Kellner & Waddington, 2005) (Mesri & Aljouni, 2007) Proeflocatie: Falling head proeven: k = m/s Lab. proeven k = m/s (Hobbs, 1986) (Zwanenburg & Jardine, 2015) 13 mei

27 Invloed van gas Ontsnappende gasbellen langs schacht WSM tijdens proefuitvoering (Kellner & Waddington, 2005) 13 mei

28 Dichtheid Uitdam test locatie (Den Haan & Kruse, 2007) 13 mei

29 Karakterisatie veenlaag ρ d [t/m 3 ] 0,00 0,10 0,20 0 N = 0.85 ρ s, calc = 1.51 t/m 3 ρ s, lab = 1.53 t/m 3 13 mei

30 Karakterisatie veenlaag 13 mei

31 CPTU, 10 cm 2 cone (D = 2.16 cm) 0-2 q t [MPa] Nauwkeurigheid voor klasse 2 (Eurocode) q t [MPa] depth [NAP m] depth [NAP m] A n u 2 Wrijvingsmantel conus A c q t = q c + (1-a)u 2 a = A n /A c 13 mei

32 Invloed afmeting sonde Depth [NAP m] q c, q b [MPa] CPTu, D = 2.16 cm CPTu, D = 2.64 cm ball, D = 7.80 cm ball, D = 8.00 cm Depth [NAP m] q c, q b [MPa] 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 CPTu, D = 2.16 cm CPTu, D = 2.64 cm ball, D = 7.80 cm ball, D = 8.00 cm mei

33 Vergelijking µ qt, µ bol V qt, V qbol [MPa] [ - ] 10 cm 2 conus (D = 2,16 cm) 0,14 0,21 15 cm 2 conus (D = 2,64 cm) 0,12 0,17 Bol sonde (D = 7,8 cm) 0,11 0,17 Bol sonde (D = 8,0 cm) 0,13 0,11 NEN-EN-ISO : vereiste nauwkeurigheid voor klasse 2 sondering is 100 kpa (0,1 MPa) 13 mei

34 Waterspanningsmetingen diepte [NAP m] u 2 [MPa] S01 S02 S03 S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 S30 u0 diepte [NAP m] u 2 [MPa] 13 mei

35 Waterspanningsmetingen Diepte [NAP m] u 1 [MPa] S03C_000_u1 S09C_000_u1 S15C_000_u1 S21C_000_u1 S27C_000_u1 u0 Diepte [NAP m] u 2 [MPa] S03C_000_u2 S09C_000_u2 S15C_000_u2 S21C_000_u2 S27C_000_u2 u0 Diepte [NAP m] u 3 [MPa] S03C_000_u3 S09C_000_u3 S15C_000_u3 S21C_000_u3 S27C_000_u3 u u 3 u 2 u 1 13 mei

36 Veldvinproef s u = µ f u,fvt µ 0,5 level [NAP m] test 1 test 2 back analysis test 1 back analysis test s u [kpa] (uncorrected) (Edil, 2001; Zwanenburg & Jardine, 2015) 13 mei

37 Grote triaxiaalproeven Afmetingen monster: H 0 = 0,80 m, D = 0,40 m Einde consolidatie fase Einde schuiffase (Zwanenburg & Van, 2015) Bezweken monster Uitbouw monster en controle bezwijkvlak 13 mei

38 Resultaten triaxiaalproeven q [kn/m 2 ] T3-1 T3 T4-1 T4-2 T4 T5-1 T6-1 T6-3 T7-1 T7 T8-1 T8 T9-1 T9 q [kn/m 2 ] T3-1 T3 T4-1 T4-2 T4 T5-1 T6-1 T6-3 T7-1 T7 T8-1 T8 T9-1 T9 TCO - line ε a [-] CIUC CAUC LCAUC s u /σ vc 0,59 0,54 0,63 VAR s u /σ vc 0,13 0,13 0,05 n p' [kn/m 2 ] Onderzoek LDSSA, zie Den Haan & Grognet (2014) 13 mei

39 Locatie veldproeven en boringen 13 mei

40 Opzet proeven Proeven zonder voorbelasting, proeven 1 en 2 Proeven met voorbelasting, proeven 4, 5 en 6 13 mei

41 Instrumentatie bovenaanzicht dwarsdoorsnede 4 raai 3 3 zakplaat raai 2 2 raai 1 1 containerrij NAP -1,4 m 1,6 m 3,1 m 4,6 m 5,6 m VWP 6 VWP 3 VWP 4 VWP 5 SAA2 ** 2 m * veen zaakplaat ontgraving klei zand 13 mei

42 Vaststellen faalmechanisme container secundaire verticale scheur primaire verticale scheur horizontale scheur en verschillende kleine scheuren gemeten horizontale verplaatsingen 13 mei

43 Resultaten 13 mei

44 Resultaten Test 5, sp settlement [m] Test 6, sp 1 Test 1, sp 1 Test 2, sp Test 4, sp time [hours] 1000 Test 6 Test 4 (north) 800 Test 1 displacement [mm] Test 2 0 Test time [h] 13 mei

45 Narekenen resultaten proef 1 & % T1 belasting 84.9% T1 52.2% 58.8% 65.3% 71.8% 79.3%-39.2% geen van de rekenmethodieken, Bishop LiftVan, EEM reproduceert het rechte glijvlak scheurvorming en gas waargenomen niet in analyse betrokken ( vervolgonderzoek) narekenen (LiftVan) geeft een veldwaarde van de ongedraineerde sterkte; s u = 7 tot 8 kpa dit correspondeert met resultaten van DSS proeven waarbij het monster is geconsolideerd bij de terreinspanning 6.5% 13.0% 19.6% 26.4% 13 mei

46 Resultaten stabiliteitsanalyses Voorbeeld; Werkwijze 2 LiftVan met single stage isotroop geconsolideerde monsters. Tabel 1, sterkte bij 2% rek, tabel 2 DSS proeven proeffase SF proef 1 SF proef 2 situatie 1, na ontgraven situatie 2, na vullen containers situatie 3, na verlagen waterpeil 0,32 0,43 0,39 0,32 0,34 0,25 proeffase SF proef 1 SF proef 2 situatie 1, na ontgraven situatie 2, na vullen containers situatie 3, na verlagen waterpeil 1,49 1,40 0,92 0,85 0,86 0,75 13 mei

47 Samenvatting resultaten proef s u [kpa] 1 7, s u [kn/m 2 ] ,3 4 (13,2) 5 8,5 6 8,9 6 12,6 / 5, Proef 6 s u [kpa] Diepte [NAP m] Proef 1 en 2 su (bol sonde) DSS-proeven veldproef 1 veldproef 2-3 Diepte [NAP m] B33 (vooraf) B40e (13 nov 2012) B41 (16 jan 2013) B46 (na afloop) field vane (vooraf) field vane (na afloop) field vane (na afloop) 13 mei

48 Samenvatting resultaten τ [kpa] fit test 6 Field test 1 Field test 2 Field test 4 Field test 5 Field test 6 Triax tests DSS tests τ = 0.60(OCR) 0.9 σ' v σ' v [kpa] 13 mei

49 Conclusies veldproeven Dijken op Veen Verschillende methoden voor bepaling sterkte eigenschappen elk met voor en nadelen. Dit levert een grote spreiding aan mogelijke uitkomsten op Veldproeven Uitdam leveren een ijking van werkwijze parameter bepaling met waargenomen gedrag op Berekeningen met c en ϕ te lage stabiliteit, gevolg van lage waarde c en lage spanning waardoor ϕ geen bijdrage levert aan sterkte Berekeningen met s u sluiten goed aan bij waarnemingen proeven Beproeving grotere volumes lijkt tot kleinere spreiding in resultaten te leiden Het veen is sterker dan aangenomen in de huidige rekenmodellen 13 mei

50 Dijken op Veen: van onderzoek naar ontwerpmethodiek Cor Zwanenburg Bianca Hardeman Goaitske de Vries Deltares Rijkswaterstaat Deltares Meer informatie:

51 Referenties Den Haan, E.J. & Kruse, G.A.M. (2007) Characterisation and engineering properties of Dutch peats in: Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, Tan, Phoon, Hight & Leroueil (eds) Taylor& Francis Group London ISBN Den Haan, E.J. & Grognet M. (2014) A large Direct Simple shear device for testing peat at low stresses Géotechnique Letters no 4 p Edil T.B. (2001) Site Characterization in Peat and Organic Soils Int. Conf. In Situ Measurement of Soil Properties and Case Histories, Bali, p Hendry M.T., Sharma J.S., Derek Martin C., Lee Barbour S. (2012) Effect of fibre content and structure on anisotropic elastic stiffness and shear strength of peat Can. Geotecchnical Journal no 49 p Hobbs N.B. (1986) Mire morphology and the properties and behaviour of some British and foreign peats Quaretly Journal of Engineering Geology vol 19 pp 7-80 Kellner E., Waddington J.M. (2005) Dynamics of biogenic gas bubbles in peat: potential effects on water storage and peat deformation water resources research vol. 41 p w08417 Kettridge N., Binley A. (2011) Characterization of peat structure using X-ray computed tomography and its control on the ebullition of biogenic gas bubbles Journal of geophysical research Vol 116

52 Referenties Landva A.O. (2007) Characterization of Escuminac peat and construction on peatland in: Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, Tan, Phoon, Hight & Leroueil (eds) Taylor& Fransic Group London ISBN Meier-Uhlherr, R., C. Schulz & V. Luthardt, Steckbriefe Moorsubstrate. HNE Eberswalde (Hrsg.), Berlin, 154 pp Mesri, G. & Ajlouni, M. (2007) Engineering properties of fibrous peats. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental engineering 133, No. 7, Zwanenburg C., Van M.A. (2013) Full scale field tests for strength assessment of peat in: proceedings of the 18 th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Paris Zwanenburg C., Van M.A. (2015) Comparison between conventional and large scale triaxial compression tests on peat XV Pan American conference on soil mechanics and geotechnical engineering Buenos Aeres, November 2015 Zwanenburg C., Jardine R. J. (2015) The characterisation of operational shear strength for peats through full scale trials combined with laboratory and field testing, XVI European conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Edinburgh