ZETTINGEN EN WAT DOE IK ER EIEE?

Transcriptie

1 W E R K D O C U M E N T ZETTINGEN EN WAT DOE IK ER EIEE? door ir. M.A. Viergever Ado april 9340 M ' T N T S T E R I E V A N V E R K E E R E N W A T E R S T A A T S D I E N S T V O O R D E I J S S E L M E E R P O L D E R S S M E D I N G H U I S - L E L Y S T A D

2 I. INLEIDING In het westen van ons land hebben de rivieren en de zee in de loop der eeuwen dikke klei- en veenlagen afgezet. Deze lagen varisren in dikte van een enkele meter tot meer dan 20 m. Ook in het IJsselmeergebied komen deze lagen voor. In Zuidelijk Flevoland is het lagenpakket in de omgeving van Almere gemiddeld 5 m. dik. Deze lagen zijn erg slap en doordoor niet geschikt als ondergrond voor wegen en bouwterreinen, daarom wordt er voor wegen en op de bouwplaatsen, in de nieuw te bouwen stedelijke gebieden zand over de klei- en veenlagen aangebracht. Als gevolg van het ontwateren van de grond en het opbrengen van de zandlaag gaat de bodem zakken of zetten. Daarentegen zijn gebouwen en kunstwerken o? palen gefundeerd en niet aan zetting onderhevig. Als gevolg daarvan treden aansluitproblemen op. In deze nota zal een aantal aspecten van het optreden van zettingen worden bekeken en zal tevens worden bekeken wat dat inhoudt voor de uitvoering buiten. Deze nota probeert enige achtergrondinformatie te $even die van belang is voor de praktijk. Een theoretische uitdieping van het onderzoek kan men in andere rapporten vinden. 2. MAT IS ZETTING EIGENLIJK 2.1. De klei- en veenlagen bestaan uit kleine deeltjes die in het water neergedwarreld zijn. De deeltjes liggen daardoor schots en scheef door elkaar en op elkaar. De stapeling van de korrels is erg 10s en er is veel tussenruimte (in klei en veen soms tot % holle ruimte). Deze tussenruimte is gevuld met water. Als er belasting, dus druk, op dit pakket wordt uitgeoefend, wil het pakket in elkaar gedrukt worden, het korrelskelet wil sterker worden. Daarvoor is voldoende ruimte aanwezig, de holtes tussen de korrels, die opgevuld zijn met water, kunnen voor een deel door korrels of deeltjes worden ingenomen. Het pakket wordt daardoor samengeperst en stijver. We onderscheiden in feite twee types van belasten. In de eerste plaats is dat een belasting die bovenop de slappe lagen wordt gezet. Dit is bijvoorbeeld een zandophoging, opslagloods, zwaar verkeer of wat dan ook. Het gewicht van deze belasting perst de onderliggende slappe lagen s amen. Een tweede vorm van belastingverhoging is de verlaging van de water-. spiezel. Een voorwerp onder water weegt door de opwaartse kracht van het water aanzienlijk minder. Verlaging van de waterspiegel betekent dht een deel van de korrels niet langer de opwaartse kracht ondervindt en daardoor zwaarder wordt. Als gevolg van deze belastingsverhoging treedt zetting op. Een typisch voorbeeld hiervan is de polderklink. Anderzijds zal door een zgn. spanningsbemaling of vacuumbemaling in diepere lagen niet altijd de waterspjggel worden verlaagd maar voor een deel alleen de waterqpanming worden verlaagd. De opwaartse kracht blijft dan bestaan mar wordt we1 minder. Dus ook bij spanningsbemaling zal zetting optreden. De relatie tussen spanning en zetting is niet rechtlijnig. Bij een tweemaal zo grote belasting is de zetting niet tweemaal zo groot (er blijft altijd iets van de klei- of veenlaag over). In figuur I is een voorbeeld van het verband tussen zetting en belast ing gegeven. In het eerste voorbeeld verloopt het verband tussen spanning en zetting volgens een vloeiende kromme.

3 In de praktijk echter is de grond vaak a1 tot een bepanlde grootte voorbelast geweest. In figuur 2 is de geschiedenis van een willekeurig monster opgetekend. Een monster wordt belast van :Pa=O tot :P b en zakt daarbij.zb Bij ontlastins tot nu1 verdwijnt niet alle zetting, de grond veert slechts terug tot z. Bij een hernieuwde belasting is de grond veel stijver C geworden, tot een belasting van p zal de zetting ook slechts toenemen van z tqt? en.pas daarna weer Poenemen volgens, de lijn ABD tpt c b. bij een belastlng p Bij bela~tin~afname reageert de grond weer v&dl stijver volgens de fijn DE. Bij een herhaalde belasting blijft de grond dan stijf tot aan een belasting van :p d' De belasting die de grond in het verleden gehad heeft kan veroorzaakt zijn door een sronddepot, een bemaling of b.v. ijs in de ijstijd. - Een belasting wordt vaak in fasen aangebracht. Dit betekent niet dat de zetting zl behorenj bij een belasting pl opgeteld kan worden bij de zettins z 2 ten gevolg van de belasting p 2' De zetting tengevolgen van de belastlng pl + p2 zal kleiner zijn dan zl + z neem b.v. in figuur 1 de zetting t.g.v. p 1s 0,40 m en t.g.v. 2p 0,5?'m. De zetting t.g.v. p + 2p = 3p is niet 0,40 + 0,57 = 0,97 maar slechts 0,74 m De zetting in de tijd Behalve de grootte van de belasting speelt de factor tijd een erg belangrijke rol bij het optreden van de zetting. Het grootste deel van de zettingen treed snel op, echter een deel van de zetting blijft toenemen in de tijd. De toename wordt echter steeds kleiner. Bij elke vertienvoudiging van de tijd blijft de zetting gelijk, dus de zetting die eerst in 10 jaar tijd is opgetreden heeft daarna ongeveer 100 jaar nodig. Praktisch wordt ervan uitgegaan dat na 30 jaar (= dagen) het einde van de zetting we1 bereikt is. Naast deze in de tijd toenemende zetting wordt de zetting in de tijd beinvloed door de tijd die nodig is om het water tussen de korrels te laten afstromen. Dit afstromen is nodig om ruimte te maken voor de korrels. Als gevolg van de vaak slechte doorlatendheid van met name kleigrond en enigszins voor veen wordt de zetting hiervan tijdelijk afgeremd. Het proces van het uitpersen van water noemt men "consolideren". In de Zuidelijke IJsselmeerpolders blijkt dat door de slechte doorlatendheid van de kleigronden pas na ca. 5 jaar a1 het onder spanning staande water verdwenen is. Dit wordt de hydraudynamische periode genoemd. Het verloop van de zetting in de tijd is weergegeven in figuur Zetting en de dikte van de laag Als een samendrukbare laag tweemaal zo dik wordt betekent dit dat ook de zetting tweemaal zo groot wordt. Als gevolg van de opgebrachte belasting komt het grondwater onder spanning te staan en zal willen afstromen. Bij een grotere laagdikte zal het meer tijd kosten voordat a1 het water is afgestroomd. Dit heeft tot gevolg dat het zettingsproces in eerste instantie wat meer vertraagt wordt en wat langer merkbaar zal zijn. 3. ZETTINGEN EN WAT DOE IK ER MEE Voor de praktijk zijn onderstaande zaken van belang om te weten: - iedere belastingverhoging, veroorzaakt door een ophoging of door een bronbemaling.of verlaging van de grondwaterspiegel, heeft zettingen tot gevolg; - hoe groter de belasting is, hoe groter de zetting. Een twee maal zo

4 grote belasting betekent echter niet een tweemaal zo grote zetting; - hoe dikker de laag is hoe groter de zetting is en hoe langer het duurt voordat a1 het overspannen water verdwenen is. Bovenstaande heeft tot gevolg dat aanleg van b.v. een weg met een zandbed van 1 m op een pakket slappe lagen van 5 m 0,50 m zetting kan opleveren maar ook een weg met een zandbed van 5 m (grondverbetering) op een resterend pakket slappe lagen van I m, 0,50 m zetting kan opleveren alleen in het laatste gevalzal de zetting veel sneller verlopen. Bovendien zal in het laatste geval bij een plaatselijke verhoging van de weg de zetting niet zo snel toenemen, in het eerste geval is de belasting veel sneller verdubbeld en zal de zetting dus ook veel sterker toenemen. - Zetting kost tijd. Vaak wordt een weglichaam met extra hoogte (overhoogte) aangelegd zodat na verloop van tijd het gewenste peil wordt bereikt. Echter direkt na de aanleg begint het zettingsproces. Het is dus niet mogelijk het weglichaam op hoogte aan te leggen. Op het moment van afwerken van de baan is reeds een deel van de zetting opgetredenen wordt daardoor teveel zand aangebracht. Het is noodzakelijk om de zanddikte te bepalen met b.v. zakbakens of sonderingen achteraf. Op die manier speelt de reeds opgetreden zetting en het tijdstip van afwerken geen rol. - Versnellen van het optreden van zetting kan worden verkregen door een tijdelijke overbelasting. Als gevolg van de hogere belasting is de primaire (tijdsonafhankelijke deel) zetting groter en als de belasting enige tijd aanwezig blijft verloopt de zetting volgens de hogere belasting. Als bij het afwerken de extra belasting wordt weggenomen gedraagt de grond zich bij het ontlasten veel stijver. DOO~ de extra belasting is echter ook reeds een deel van de te verwachten totale zetting bij de oorspronkelijke belasting opgetreden. De resterende zetting is dan aanzienlijk kleiner (zie figuur 4 ).

5

6

7

8