Geotechniek in de saneringswereld. Prof. Ir. Lic. Bart Van Zegbroeck Arcadis Belgium UHasselt

Transcriptie

1 Geotechniek in de saneringswereld Prof. Ir. Lic. Bart Van Zegbroeck Arcadis Belgium UHasselt

2 Probleemschets Hoe drijlaag afpompen en verontreinigde grond verwijderen zonder stabiliteit van huis in gevaar te brengen? Drijflaag Verontreinigde grond 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 2

3 Leidraad Uitvoeren van grondonderzoek (sonderingen & boringen) Interpretatie Zettingsgedrag naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Draagvermogen naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Plannen + bestek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 3

4 Sonderingen Discontinu mechanisch M1: mantelconus M2: kleefmantelconus M4: gewone conus Continu elektrisch (eventueel met waterspanning) CPTE meest gebruikt in Nederland 3 klassen sonderingen: Lichte sondering tot 50 kn (ca 5m) Middelzware sondering tot 100 kn (ca 10m en meer) Zware sonderingen tot 200 kn (meer dan 20m, evt. met kleefbreker) Belangrijke parameter uit sondering is de samendrukkingsconstante C zettingsberekeningen 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 4

5 Mechanische sondering met M4 conus Discontinue opmeting van de sondeerweerstand Informatie omtrent de totale kleefweerstand Eerst wordt de binnenbuis en conus ca 5 à 7cm weggedrukt = conusweerstand Daarna wordt buitenbuis 20cm weggedrukt (teszamen met binnenbuis) = opname totale weerstand Totale kleefweerstand = totale weerstand conusweerstand 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 5

6 M4 conus 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 6

7 CPTE elektrische sondering Continue meting van de conusweerstand Continue opmeting van de plaatselijke kleef, bijkomende zeer interessante informatie die toelaat om grond te klassificeren i.f.v grondsoort Conus relatief duur en zeer gevoelig voor schade t.g.v harde insluitsels in de grond 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 7

8 CPTE Conus 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 8

9 Leidraad Uitvoeren van grondonderzoek (sonderingen & boringen) Interpretatie Zettingsgedrag naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Draagvermogen naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Plannen + bestek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 9

10 Grondsoort interpretatie op basis elektrische sondering 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 10

11 CPTM1 Antwerpen LO 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 11

12 CPTE Antwerpen LO 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 12

13 Grondboringen en laboproeven Geotechnische boring met discontinue ongeroerde monstername om via laboproeven sterkte en stijfheid van de grond te bepalen = geotechniek voor gevorderden. Geologische boringen met continue monstername ter onderkenning van de geologie. Zeer interessant om bemalingen te begroten. 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 13

14 Geologische boringen 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 14

15 Grondonderzoek & Databank Ondergrond Vlaanderen 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 15

16 Leidraad Uitvoeren van grondonderzoek (sonderingen & boringen) Interpretatie Zettingsgedrag naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Draagvermogen naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Plannen + bestek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 16

17 Belangrijkste geotechnische problemen bij uitvoering van sanering Meestal verontreiniging nabij of zelfs onder de bebouwing (bv. Tankstations). Ontgraven dient dan met nodige maatregelen te gebeuren. Vervuiling situeert zich veelal in bovenste grondlagen die alluviaal van oorsprong zijn zettingsgevoelige gronden, beperking op toegestane grondwaterverlaging. 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 17

18 Algemene theorie zettingen Grond heeft geheugen en onthoudt de maximale spanning waar het ooit is aan onderworpen. Wordt grond door bv. een nieuwbouw zwaarder belast dan deze maximale spanning dan zal er t.g.v. de verschilspanning een zetting optreden. Zettingen worden altijd begroot t.g.v. effectieve spanningstoename. Effectieve spanning = effectieve korreldruk 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 18

19 Algemene theorie zettingen Deze zetting wordt uitgerekend met formule van Therzaghi: z 1 ln( i( z) i( z) i( z) ) S ( z) dz C 0 i( z) i(z) = invloedscoëfficiënt voor singulier punt. De spanningstoename is meestal het gevolg van een puntlast of lijnlast. De ondergrond verdeelt deze toename echter in een 3D ruimte i(z) beschrijft dit. qc( z) C P ( z) q c (z) = conusweerstand P b (z) = effectieve spanning b 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 19

20 Algemene theorie zettingen (kn/m²) (kn/m²) Z (diepte) Oorspronkelijke grondspanning Grondspanningstoename t.g.v bebouwing

21 Algemene theorie zettingen Zettingen die optreden in zand treden meestal ogenblikkelijk op. Zettingen in cohesieve gronden (leemlagen en vnl. kleilagen) treden op over langere termijnen volgens een parabolisch verloop, dit verschijnsel wordt consolidatie genoemd en kan zich over meerdere jaren uitspreiden, bv. Boomse klei. 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 21

22 Zetting t.g.v grondwaterverlaging T.g.v. de bemaling zal het grondwater dalen R = Invloedstraal afhankelijk van doorlatendheid grond en aard van de watertafel Droge zandgrond weegt ca 1,6 ton/m³ Natte zandgrond weegt ca 2,0 ton/m³ Effectief nat gewicht ca 1,0 ton/m³ (Opwaartse Archimedes kracht op zandkorrels heeft als resultaat dat zand maar effectief 1,0 ton /m³ onder water weegt.) belastingstoename t.g.v bemaling = (1,6 ton 1 ton) = 0,6 ton/m waterverlaging T.g.v deze spanningsverhoging zal de grond dus willen zetten zoals hiervoor uiteengezet. 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 22

23 Algemene theorie zettingen (z) (kn/m²) (z) (kn/m²) Nieuwe waterstand Spanningstoename tgv grondwaterverlaging 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 23

24 Zettingsmilderende maatregelen Niet bemalen, bv. uitgraven in den natte. Redelijk goedkoop maar naderhand zorgt het aanvullen en verdichten van de bouwput wel voor problemen. Retourbemaling voorzien: Hiervoor dient er de nodige tussenafstand tussen bemalingslijn en bebouwing voor handen te zijn. Voor elke meter die men moet winnen op de grondwaterverlaging dient er ca 10m tussen de bemalingslijn en de retourlijn te zijn voor gewone zandgrond). 10m Bemalingslijn 1m Retourlijn 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 24

25 Zettingsmilderende maatregelen Waterremmende schermen voorzien zoals - damplanken met waterdichte voegen - slibwanden - Cementbentonietwanden... Dure maatregelen Trillingshinder bij damwanden Zettingen t.g.v inbrengen of verwijderen van damplanken t.g.v kleef (kleigronden) of verdichting van losgepakte zanden. Ontwerp van zulke constructies vraagt een gedetailleerd ontwerp en een goede kennis van de ondergrond en de rekenmodellen uitgebreider grondonderzoek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 25

26 Zettingsmilderende maatregelen Fundering bestaande bebouwing ondervangen: Zeer dure en technisch complexe maatregel die meestal wordt uitgevoerd wanneer het dreigt verkeerd te lopen! Technieken zijn: - Micropalen - Groutinjecties - Onderschoeïen met beton of baksteen 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 26

27 Leidraad Uitvoeren van grondonderzoek (sonderingen & boringen) Interpretatie Zettingsgedrag naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Draagvermogen naastliggende constructies begroten i.f.v uitvoeringstechniek Plannen + bestek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 27

28 Draagvermogen Elke fundering zoekt stabiliteit in de ondergrond het zgn. Evenwichtsdraagvermogen De breukfiguur die gevormd wordt bij instabiliteit ziet er als volgt uit; Funderingslast Gewicht van grond = P t = (z).tan( ), = wrijvingshoek 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 28

29 Draagvermogen De formule: Q r N q s q d q q P t N s k B N c s c d c c C Hierin is de wrijvingshoek en de cohesie van de grond een bepalende factor evenals de diepte van de funderingsaanzet onder het maaiveld Bij saneringen dreigt een fundering meestal zijn stabiliteit te verliezen t.g.v. het verminderen van het grondgewicht net naast de funering door de ontgraving. 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 29

30 Draagvermogen garanderen Indien er net naast een fundering dient ontgraven te worden dient men meestal over te gaan tot een beschoeïngsconstructie d.m.v. damplanken, krings, een berlinerwand, secanspalenwand,... Eventueel kan ook aan onderschoeïng gedacht worden. Stut of anker Bodem bouwput 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 30

31 Conclusie Een saneringsopdracht die een grondwaterverlaging met zich meebrengt of waar net naast een bestaande fundering dient afgegraven te worden dient steeds de aandacht te krijgen van een stabiliteitsingenieur Het integraal ontwerp kan dan leiden tot veilige en economische ontwerpen waarbij iedereen zich gelukkig voelt 1/19/2015 Geotechniek in de saneringswereld 31

32 HOE HET RISICO OP ZETTINGEN T.G.V. GRONDWATERVERLAGING INSCHATTEN?

33 SCHADE WORDT VOORAL VEROORZAAKT DOOR DIFFERENTIËLE ZETTINGEN: Kunnen een gevolg zijn van: - verschillende samenstelling van de ondergrond - verschillend in samendrukbaarheid - verschillen in afmalingshoogte - verschillende spanningstoestand in de grond bv. verschillen in aanzetdiepte verschillende types fundering

34 Differentiële zettingen t.g.v. verschillende samenstelling van de ondergrond Vooral te vrezen bij - aangevulde gronden - alluviale afzettingen

35 Differentiële zettingen t.g.v. verschillen in samendrukbaarheid Geen speciale aandacht nodig: wordt ondervangen door het beperken van de totale zettingen zoals bij funderingen

36 Differentiële zettingen t.g.v. verschillen in afmalingshoogte Alleen te vrezen bij weinig doorlatende gronden; bv grondwaterverlagingen in leem langsheen bestaande funderingen

37 Differentiële zettingen t.g.v. verschillende spanningstoestand in de grond Hoe groter de bestaande spanningen, hoe kleiner de zettingen t.g.v. een gegeven verlaging van het grondwaterpeil

38

39

40 Differentiële zettingen t.g.v. verschillende types fundering Vooral te vrezen bij: - ondiepe funderingen naast diepe funderingen = funderingen op palen of op putten - funderingen op algemene funderingsplaat naast funderingen op zolen

41 ZEER BELANGRIJK: Voorafgaandelijk onderzoek = vastleggen van randvoorwaarden - samenstelling van de ondergrond - grondwaterstand(en) - toegelaten vervormingen

42 SAMENSTELLING VAN DE ONDERGROND: - een gedetailleerd grondonderzoek is een absolute noodzaak - er is zeer veel informatie beschikbaar: - geologische kaarten - historische kaarten, - data banken (dov.vlaanderen.be) - archieven

43 - Maximale diepte van: - de beschoeiing - de bemalingsfilters min.diepte

44 Resultaten van een grondonderzoek = hoeveelheid punctuele gegevens - interpolatie + extrapolatie is nodig om: - de verschillende grondlagen vast te leggen - de homogeniteit ervan (horizontaal + vertikaal ) na te gaan - overeenkomst verschillende types (sonderingen, boringen ) te controleren - kennis van de lokale geologische opbouw is zeer belangrijk, o.a. in verband met aanwezigheid van: - alluviale valleien - veen - het raadplegen van bestaande documenten kan zeer nuttig zijn

45 GRONDONDERZOEK: Grondwaterpeil(en) - het grondwaterpeil of de stijghoogte moet gekend zijn voor alle watervoerende lagen tot een diepte gelijk aan min. 2 x de uitgravingsdiepte - peilfilters nodig in alle watervoerende lagen

46 - Opmeten van het grondwaterpeil in een sondeergat: - alleen info i.v.m. het waterpeil in bovenste watervoerende lagen - geen info i.v.m. spanningswater waterpeil in sondeergat stijghoogte in de diepergelegen watervoerende laag waterstroming doorheen het sondeergat

47 - het grondwaterpeil opgemeten tijdens de uitvoering van een boring is niet altijd representatief - het waterpeil kan beïnvloed worden door de boorsnelheid = geen stabilisatie - geen info i.v.m. variatie met de tijd

48 - Bij de plaatsing van peilfilters mag geen verbinding gemaakt worden tussen watervoerende lagen slecht OK, alleen info i.v.m. de stijghoogte in de diepe watervoerende laag

49 - het opgemeten grondwaterpeil kan beïnvloed zijn door bestaande grondwaterverlagingen

50 GRONDONDERZOEK: Grondwaterpeil in kleilagen - niet op te meten door middel van peilfilters - eventueel op te meten met (gesloten) waterspanningsmeters = afdichting van het boorgat is zeer belangrijk - algemeen wordt aangenomen ; grondwaterpeil in kleilaag = - grondwaterpeil in de boven de klei gelegen watervoerende laag - maaiveld

51 FAQ : Moet de waterdruk in rekening gebracht worden bij het dimensioneren van een in de klei gelegen funderingsplaat? Antwoord: JA! Opmerking: - waterdruk stroming - opgelet bij aanvulling met zand problemen mogelijk in uitvoeringsfase

52 Grondonderzoek Mogelijke invloed van een bemaling - de samenstelling van de ondergrond moet gekend zijn voor de volledige invloedszone van de bemaling

53 VERBAND ZETTINGEN SCHADE = Zeer complex - schade wordt vooral veroorzaakt door hoekverdraaiingen moeilijk te meten hoekverdraaiing beperken door absolute zetting te beperken

54 Verband zettingen schade = zeer complex: de hoekverdraaiingen en de horizontale verplaatsingen zijn bepalend

55 Beperken van absolute zettingen: - in Vlaanderen : toegelaten zetting t.g.v. grondwaterverlaging = max 20mm = zetting van onbelast maaiveld zetting van constructies is kleiner - in Nederland : toegelaten zetting in funktie van : - staat van het gebouw - gunstige of ongunstige invloedsfactoren vooral diepteligging van de samendrukbare laag

56 Beperken van de absolute zetting Nederland :

57 PROBLEEM ZETTINGSBEREKENING : - Variatie van de poriënwaterspanningen in weinig doorlatende lagen?? - Invloed van een voorbelasting - Faktor tijd - Reeds eerder opgetreden zettingen

58 Variatie van poriënwaterspanningen in weinig doorlatende lagen: vooral bij spanningsbemalingen

59 Variatie van poriënwaterspanningen in weinig doorlatende lagen:

60 Probleem aanwezigheid minder doorlatende laag : - zeer moeilijk in rekening te brengen minder doorlatende laag moet continu zijn - zeer moeilijk controleerbaar verloop van waterspanningen is zeer moeilijk te meten - alleen controleerbaar d.m.v. zettingsmetingen

61 Invloed van een voorbelasting : - ontlastingsconstante A i.p.v. samendrukkingsconstante C zand A = 10C leem A = 5C klei A = 3C - zeer moeilijk proefondervindelijk vast te stellen - best controleerbaar d.m.v. zettingsmetingen

62 Faktor tijd : - zettingen verlopen volgens de hydrodynamische consolidatietheorie van Terzaghi waarde van k v is bepalend - probleem er is meestal geen betrouwbare informatie bv. alleen diepsonderingen zeer veilige aanname = faktor tijd verwaarlozen

63 Reeds eerder opgetreden zettingen: - max. toegelaten zetting van 20mm geldt in feite alleen voor gebouwen in goede staat - grenswaarde wordt evenwel algemeen gebruikt

64 ZETTINGSBEREKENING PRAKTISCH : - grondwaterpeil voor en na vastleggen - aanname maken i.v.m. aan te houden C- waarde rekening houden met het reëel spanningsniveau - berekende zetting toetsen aan toelaatbare zetting

65 BESLUIT : - evaluatie van de beschikbare informatie is zeer belangrijk - in delikate gevallen: -- zettingsmetingen -- maatregelen voorzien om de invloed van de grondwaterverlaging te beperken

66 Tussenkomst van de Geotechnisch Ingenieur bij milieuproblemen.

67 Mogelijke tussenkomst bij: - het afgraven van verontreinigde gronden: = grondwaterverlaging; = afgraven naast bestaande constructies. - saneringen in-situ: = grondwaterverlaging; = ev. hervoeding; = bodemluchtextractie.

68 Mogelijke tussenkomst bij: - het afschermen van in-situ aanwezige verontreinigingen: = bentonietcementwanden; = funnel & gate systeem. - het afschermen van aangevulde materialen (aanleggen van stortplaatsen) = stabiliteit van stortmateriaal; = stabiliteit van afdeklagen.

69 Afgraven van verontreinigde gronden: - verlaging van het grondwaterpeil: probleem = voorspellen van a) de te verwachten zettingen; b) de invloedszone bij een grondwaterverlaging van zeer korte duur. gegevens ontbreken metingen nodig

70 Afgraven van verontreinigde gronden: - afgraven naast bestaande funderingen op staal: ofwel: veiligheidszone definiëren; beschoeiing aanbrengen. probleem veiligheidszone = hoe de veiligheidszone definiëren rekening houdend met de korte uitvoeringsperiode? = invloed talud naast funderingen?? methode NEN, DIN, Fascicule 62 geven onderling grote verschillen.

71 Afgraven van verontreinigde gronden: - afgraven naast bestaande funderingen op staal: probleem beschoeiing = welke beschoeiing is nodig rekening houdend met de korte uitvoeringsmethode: berlijnse wanden, sleuvenbak toegelaten naast funderingen op staal liever niet!! = zeer moeilijke situatie voor geotechnisch adviseur wie draagt welke verantwoordelijkheid??

72 Veel voorkomende situatie

73 Afgraven van verontreinigde gronden: - afgraven naast bestaande funderingen op palen: probleem = horizontale belastingen op de palen. wat met palen met wapening tot een beperkte diepte.

74 Saneringen in-situ: - oppompen van verontreinigd grondwater (meestal gedurende een zeer lange periode): probleem = hoe de invloedsstraal voorspellen rekening houdend met de zeer lange duur?? invloedsstraal kan zeer groot worden; gegevens ontbreken metingen nodig voorstel = databank van bemalingen

75 Saneringen in-situ: - oppompen van verontreinigd grondwater d.m.v. speciale technieken bv. horizontale drains aangelegd met directional drilling. probleem = hoe invloed uitvoeringswijze inschatten?? gegevens ontbreken metingen nodig

76 Saneringen in-situ: - luchtinjectie en extractie: Probleem = er is zeer weinig geweten i.v.m. de doorlatendheid van de grond voor lucht.

77 Isoleren in-situ: - bentoniet-cement wanden: Probleem = duurzaamheid, hoe onderzoeken? = lekken, hoe lokaliseren? Wat is de betrouwbaarheid van bepaalde geofysische methodes, bv. TEXPLOR

78 Isoleren ex-situ: Mogelijke problemen = doorlatendheid van bentonietmatten ; = schuifweerstandskarakteristieken van kunststoffen; = eigenschappen van stortmaterialen; = stabiliteit van afdeklagen.

79 Isoleren ex-situ: - doorlatendheid van bentonietmatten: speciale apparatuur nodig voor de bepaling van de doorlatendheid; de gemeten doorlatendheid wordt in een belangrijke mate bepaald door de stroming via de randen.

80 Isoleren ex-situ: - schuifweerstandskarakteristieken van kunststoffen: resultaat wordt beïnvloed door de gebruikte apparatuur; cfr. Stoewahse, Ground Engineering, febr meestal monsters 30cm x 30cm; residuele schuifweerstand is meestal bepalend: voor welke verplaatsing?

81 Isoleren ex-situ: - eigenschappen van stortmaterialen: Probleem = meestal zeer heterogeen; = eigenschappen zijn meestal niet op een eenvoudige wijze vast te leggen; = gasfase kan een belangrijke invloed hebben, bvb. stabiliteit van taluds.

82 Gasuittrede rond gasextractiebron Invloed gasdruk op stabiliteit van taluds??

83 Isoleren ex-situ: - speciale materialen: baggerslib industrieel slib. Probleem = eigenschappen zijn niet goed gekend; proeven op ware grootte nodig; controlemetingen nodig.

84 Isoleren ex-situ: - stabiliteit van afdeklagen: wordt vooral bepaald door de waterhuishouding steile afdeklagen leveren snel problemen op herstellingen zijn altijd moeilijk Voorbeeld: berm van Brasschaat langs HSL - helling 8/4 - drainagemat boven geomembraan - afdeklaag gewapend met geogrid en honingraat

85

86 Vaststelling: Er zijn i.v.m. milieuproblemen nog zeer veel onbekende elementen Geotechniek heeft nieuw elan nodig!!! Vooruitgang alleen mogelijk door: - alle beschikbare ervaringen (goede en slechte) verzamelen en toegankelijk maken; -regels vastleggen i.v.m. minimaal aan te houden monitoring.