14E JAARGANG DECEMBER 2010 NUMMER 5 FUNDERINGSDAG 2010 THEMA-UITGAVE

Transcriptie

1 FUNDERINGSDAG 2010 THEMA-UITGAVE 14E JAARGANG DECEMBER 2010 NUMMER 5

2 Geef vorm aan uw innovatieprojecten Vlaams Project van Thematische Innovatiestimulering Speciale Funderingstechnieken Partners: Om de concurrentiepositie van de Vlaamse bouwbedrijven in de context van de Europese eenheidsmarkt te verstevigen en om hen te informeren over en te ondersteunen bij hun innovatieprocessen, richtte het Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB) - in samenwerking met de Belgische Vereniging van Funderingsaannemers (ABEF) en de Katholieke Universiteit Leuven (KUL) - het door het IWT gesubsidieerde project van Thematische Innovatiestimulering (TIS) 'Speciale funderingstechnieken' op. Met steun van: Contact: KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN Instituut voor de aanmoediging van Innovatie voor Wetenschap en Technologie in Vlaanderen WTCB, ir. Noël Huybrechts Lombardstraat 42 B-1000 BRUSSEL Telefoon info@bbri.be Er zal vooral aandacht besteed worden aan de volgende innovatiepistes: innovaties m.b.t. de uitvoering van speciale funderingstechnieken, toepassing van geavanceerde monitoringsystemen voor speciale funderingstechnieken, aanwending van nieuwe materialen bij speciale funderingstechnieken, toepassing van technieken voor risicobeheersing en nieuwe ontwerpmethoden, innovatieve technieken, ontwikkeld voor het gebruik, de renovatie en de versteviging van bestaande funderingssystemen, funderingstechnieken voor de energievoorziening van gebouwen. Het TIS-project zal trachten het kennisniveau in zijn ruime doelgroep (funderingsbedrijven, materiaalfabrikanten, monitoringindustrie, bouwheren, ontwerpers, ) te verhogen, synergieën tussen de geïnteresseerden op te sporen en het bestaande innovatiepotentieel te onderzoeken en verder te ontwikkelen. Bouwbedrijven kunnen tevens een beroep doen op concrete hulp bij het definiëren en vormgeven van hun innovatieprojecten. Geïnteresseerden vinden op de website een aanmeldingsformulier.

3 Bouwkundige verzakking? Beste lezers Van de redactie Deze special van uw lijfblad Geotechniek is geheel gewijd aan de Funderingsdag die 7 oktober 2010 werd gehouden in Ede. De tweejaarlijkse bijeenkomst was zoals gebruikelijk georganiseerd door de Betonvereniging in samenwerking met het KIVI NIRIA. Geotechniek biedt u in dit nummer een aantal van de voordrachten die zijn gehouden. Op de dag waren ongeveer 220 belangstellenden aanwezig. De bijdragen hebben veel te bieden. Geotechniek zorgt dan ook graag voor verspreiding onder een grotere groep lezers. Als we kijken naar wat de Funderingsdag te bieden had in vergelijking tot die van twee jaar geleden dan is er sprake van toch wel gestage, continue, verandering en ontwikkeling in ons vakgebied. In 2008 werd bijvoorbeeld een tussentijds verslag gedaan van de stand van zaken bij het onderzoek naar horizontaal belaste palen door de CUR commissie 228. Het heeft bijna twee jaar langer geduurd dan de onderzoeks - commissie destijds had voorzien, maar nu kon dan toch in Ede het eindresultaat met een werkbare methode worden gepresenteerd. Ook in 2008 werd het Platform Funderingstechniek aangekondigd om GeoBrain van Deltares uit te bouwen tot een volwaardige faciliteit voor de funderingsbranche. Het bevatte toen zo n 1700 ervaringen op het gebied van de funderingstechniek. In dit nummer van Geotech - niek leest u waar die ontwikkeling toe heeft geleid. Inmiddels zijn 2700 ervaringen nu in de database van Deltares opgeslagen, en de ambities zijn gericht op aanzienlijke uitbreiding, wat moet helpen in de strijd tegen de nog steeds toenemende faalkosten in de GWW-sector. De ontwikkeling van nieuwe funderingssystemen gaat nog steeds door. Ook nu weer werden in diverse lezingen daarvan voorbeelden gegeven. In een presentatie over de bepaling van de draagkracht van geheide palen werd aangegeven dat de bestaande regels eigenlijk niet voldoen en zouden moeten worden aangepast, al was het maar uit het oogpunt van harmonisatie om op basis van sonderingen te komen tot een eensluidende rekenregel in Nederland, België en Frankrijk. Op de volgende Funderingsdag horen we daar hopelijk meer over. In deze special van Geotechniek treft u ten slotte interessante bijdragen aan over het gedrag van MV-palen, hoe om te gaan met de speciale overgeconsolideerde grondcondities die voorkomen in het noorden van Nederland en een bijdrage over hergebruik en uitbreiding met een aantal verdiepingen van een bestaand kantoorgebouw. Kortom, een Funderingsdag als deze is niet alleen een aangenaam sociaal gebeuren, maar levert ook een bijdrage aan kennisontwikkeling. Veel leesplezier toegewenst alvast. Henk Brassinga Namens de redactie en uitgever GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

4 Hoofd- en Sub-sponsors Hoofdsponsor Stieltjesweg CK Delft Tel Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan GB Rotterdam Tel Fax info@uitgeverijeducom.nl Sub-sponsors Kleidijk EK Rhoon Tel Klipperweg 14 Tel PC Maastricht De Holle Bilt HM De Bilt Tel Fax Dywidag Systems International Industrieweg 25 B-3190 Boortmeerbeek Tel Veilingweg 2 - NL-5301 KM Zaltbommel Tel Veurse Achterweg SG Leidschendam Tel Zuidoostbeemster: Almelo: Oirschot: Galvanistraat AD Rotterdam Tel Gemeenschappenlaan 100 B-1200 Brussel Tel Ringwade 51, 3439 LM Nieuwegein Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein Tel Westbaan 240 Tel MC Moordrecht Fax INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau Son: Sliedrecht: Hoofddorp: Siciliëweg AX Amsterdam Tel Rijksstraatweg 22F 2171 AL Sassenheim Tel Korenmolenlaan GG Woerden Tel Postbus 1025, 3600 BA Maarssen Tel Fax info@struktonengineering.nl Geopolymeric innovations Uretek Nederland BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad Tel IJzerweg PK Heerenveen Tel GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

5 Mede-ondersteuners Colofon Arcadis Nederland BV Postbus AE Amersfoort Tel Fax Gouda Damwand B.V Postbus AL Gouda Tel Fax Baggermaatschappij Boskalis BV Rosmolenweg LK Papendrecht Tel Fax Cofra B.V. Kwadrantweg AG Amsterdam Postbus NR Amsterdam Tel Fax CRUX Engineering BV Pedro de Medinalaan 3-c 1086 XK Amsterdam Tel Fax CUR Bouw & Infra Postbus AK Gouda Tel Fax Geomet BV Postbus AR Alphen aan den Rijn Tel Fax Profound BV Limaweg CB Waddinxveen Tel Jetmix BV Oudsas AW Werkendam Postbus DA Werkendam Tel Fax Royal Haskoning Postbus AD Nijmegen Tel Fax SBR Postbus BV Rotterdam Stationsplein 45, A AK Rotterdam Tel Fax Vroom Funderingstechnieken BV Postbus ZG Oosthuizen Tel Fax Distributie van Geotechniek in België wordt mede mogelijk gemaakt door: TIS Speciale Funderingstechnieken Info: WTCB, ir. Noël Huybrechts Lombardstraat 42, 1000 Brussel Tel info@bbri.be ABEF vzw Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken Priester Cuypersstraat 3,1040 Brussel Secretariaat: erwin.dupont@telenet.be BGGG Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek c/o BBRI, Lozenberg 7, 1932 Sint-Stevens-Woluwe bggg@skynet.be Geotechniek jaargang 14 nummer 5 Funderingsdag Special December 2010 Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk vaktijdschrift dat beoogt kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te bevorderen en belangstelling voor het gehele geotechnische vakgebied te kweken. Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV, R.P.H. Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van Barends, prof. dr. ir. F.B.J. Brassinga, ing. H.E. Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Brok, ing. C.A.J.M. Brouwer, ir. J.W.R. Calster, ir. P. van Cools, ir. P.M.C.B.M. Dalen, ir. J.H. van Deen, dr. J.K. van Diederiks, R.P.H. Eijgenraam, ir. A.A. Graaf, ing. H.C. van de Haasnoot, ir. J.K. Jonker, ing. A. Redactie Brassinga, ing. H.E. Brouwer, ir. J.W.R. Diederiks, R.P.H. Lezersservice Adresmutaties doorgeven via ons adres: info@uitgeverijeducom.nl Kant, ing. M. de Korff, mw. ir. M. Lange, drs. G. de Mathijssen, ir. F.A.J.M. Schippers, ing. R.J. Schouten, ir. C.P. Seters, ir. A.J. van Smienk, ing. E. Steenbrink, ing. R. Storteboom, O. Thooft, dr. ir. K. Vos, mw. ir. M. de Waal, van der Wibbens, G. Kant, ing. M. de Korff, mw. ir. M. Thooft, dr. ir. K. Copyrights Uitgeverij Educom BV December 2010 Niets uit deze uitgave mag worden geproduceerd door middel van boekdruk, foto-offset, fotokopie, microfilm of welke andere methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. ISSN GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

6 Nieuwe inzichten worden geformuleerd, de laatste ontwikkelingen op het gebied van de Eurocode, paalfunderingen en ontwikkelingen in Europese harmonisatie worden in dit artikel toegelicht. Draagvermogen van geheide palen in internationale context Frits van Tol Deltares,TU-Delft Ruud Stoevelaar Deltares Jennifer Rietdijk Deltares Inleiding De methoden voor het bepalen van het draagvermogen van de (geheide) palen kunnen worden onderverdeeld in empirische methoden, gebaseerd op een in-situ test zoals de sondering (CPT), analytische methoden meestal gebaseerd op de effectieve verticale spanning, of op proefbelastingen, zoals in sommige landen voor elk project vereist is. Volledig numerieke methoden Figuur 1 Indrukkracht paalvoet tegen gemiddelde conusweerstand van 6 sonderingen. voor het ontwerp van geheide palen zijn nog in ontwikkeling en worden nog bijna niet gebruikt. Ondanks dat in Nederland geotechnische problemen in toenemende mate met numerieke modellen, zoals PLAXIS, worden getoetst, wordt de draagkracht van paalfunderingen bijna altijd met de empirische CPT-methode bepaald. Dit wordt vooral veroorzaakt door het feit dat dit soort numerieke modellen problemen hebben met de effecten in de grond die het gevolg zijn van het installeren van de palen. Anderzijds is de sondering een directe meting onder min of meer vergelijkbare condities en heeft deze in praktijk zijn waarde bewezen. Helaas blijkt dat de empirische CPT-methode per land nogal te verschillen. Om Eindige Elementen Modellen geschikt te maken voor het bepalen van het gedrag van paalfunderingen wordt door de TU-Delft en Deltares al een aantal jaar onderzoek verricht. In het kader van het Delft Cluster onderzoeksprogramma is begonnen met experimenteel en numeriek onderzoek naar de zogenaamde installatieeffecten, dit onderzoek wordt voortgezet in een STWonderzoeksproject en het Europees Geo-Install onderzoek. Aan de andere kant wordt in het kader van de invoering van de Eurocode gepoogd om de verschillende CPT-methoden te harmoniseren. In eerste stap daarin was dat België, Frankrijk en Nederland hun ontwerpregels hebben vergeleken en de betrouwbaarheid hebben getoetst aan een groot aantal proefbelastingen met het uiteindelijke doel om te komen tot één ontwerp methode. De lezing op de Funderingsdag 2010 deed verslag van de resultaten van het onderzoek naar deze drie ontwerpmethoden (CUR 229, 2010) en geeft een vergelijking met andere internationale literatuur. Directe CPT-methode Empirische methoden om de draagkracht van palen te berekenen, waarbij een directe relatie wordt gelegd tussen de conusweerstand en de punt- en schachtweerstand van de paal worden internationaal direct CPT-methods genoemd. In dit artikel vertaald met directe CPT-methode. Eén van de eerste onderzoekers die zo n directe relatie aantoonde was Plantema, (1948) die op verschillende locaties in Rotterdam een proefpaal wegdrukte waarmee het puntdraagvermogen gescheiden kon worden gemeten en deze waarde vergeleek met de conusweerstand van de ter plaatse gemaakte sondering, zie figuur 1. De volgende drie directe CPT-methoden worden vergeleken: de Nederlandse methode (Van Mierlo & Koppejan, 1952; De Ruiter & Beringen, 1979 en NEN 6743); Franse Methode (Bustamente & Gianeselli, 1982; Fascicule 62-V, 1993; Frank, 1999); Belgische methode (De Beer, 1963; NBN EN ; 2005). De drie methoden volgen een vergelijkbare procedure om paalpunt- en schachtdraag - vermogen te bepalen: Q c;i = Q b;i + Q s;i Q b;i = A b. q b;i Q s;i = A s. q s;i q b = f b * q c;av q s = f s * q c;av Waarin is: Q c;i berekende paaldraagvermogen bij sondering i Q b;i berekende paalpuntdraagvermogen bij sondering i Q s;i berekende paalschachtdraag - vermogen bij sondering i A b puntoppervlak A s schachtoppervlak q c;av gemiddelde conusweerstand, waarop onderstaand verder wordt ingegaan. f b, f s empirische factoren voor installatie effecten, paaltype en -geometrie en grondsoort. Soms worden nog andere factoren toegepast. Daarnaast worden in de Nederlandse norm 4 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

7 Paal type Installatie/paaltype factoren Puntweerstand: q b = f b. q c;av Nederland Belgie Frankrijk Grondverdringende palen f b = p (,s =1) f b = b (,e b =1) f b = k c geheid of weggedrukt Prefab beton 1,0 1,0 0,5 Gesloten stalen buispaal 1,0 1,0 0,5 Tabel 1 Paalfactoren voor puntweerstand voor grondverdringende palen. Paal type Installatie/paaltype factoren Schachtweerstand: q s = f s. q c;av Nederland Belgie Frankrijk f s = s f s = s =( s. s. s ) 1/ks Grondverdringende palen q c = 1-10 MPa 5 MPa <q c <15 MPa geheid of weggedrukt Prefab beton 0,01 0,011 0,0067 Gesloten stalen buispaal 0,01 0,007 0,0033 Tabel 2 Paalfactoren voor schachtweerstand voor grondverdringende palen. Figuur 2 Gemeten versus berekend puntdraagvermogen volgens Neder - landse, Belgische en Franse methode (bezwijken is gerekend bij 10%D). limietwaarden voor qb en qs aangehouden en wordt het paalpuntdraagvermogen in geval van overgeconsolideerde grond gereduceerd. Twee belangrijkste verschillen tussen de drie methoden 1. De procedure om de gemiddelde conusweerstand q c;av voor puntweerstand te bepalen: Nederlandse methode beschouwt een range van max 4D onder en 8D boven paalpunt niveau; Franse methode een range van max 1,5D onder en 1,5D boven de paalpunt; Belgische methode beschouwt een variabele range. Hierbij staat D voor de equivalente paalpunt diameter. Voor een gedetailleerde beschrijving van de verschillende procedures ter bepaling van de gemiddelde conusweerstand voor de puntweerstand wordt verwezen naar de respectievelijke normen en hierboven aangegeven literatuur. De middeling van de conusweerstand voor de schachtweerstand is eenduidig. 2. De factoren die in rekening worden gebracht in verband met het paaltype, de paalgeometrie, de installatie effecten, en de grondsoort. De symbolen zijn verschillend maar ook de numerieke waarden. Tabel 1 en 2 geven de factoren f b en f s voor respectievelijk paalpunt- en schacht-draag - vermogen voor grondverdringende palen. In dit artikel wordt alleen dit paaltype bezien omdat na een uitvoerige inventarisatie van beschikbare proefbelastingen in Nederland, België en Frankrijk bleek dat alleen van dit paaltype voldoende kwalitatief goede proef - belastingen aanwezig waren. Uit tabel 1 blijkt al direct dat de Franse methode, wel is waar bij een andere procedure om q c;av te bepalen, een veel lagere factor f b toepast. Dit betekent sowieso dat de Franse methode bij voldoende diepe palen in een homogene grondslag een veel lager draagvermogen voorspelt. Bij de schachtweerstand, tabel 2 blijken de verschillen vooral voor de gesloten stalen buis palen erg groot. Validatie directe CPT-methoden Wereldwijd zijn er maar een zeer beperkt aantal verzamelingen van kwalitatief hoogwaardige proefbelastingen. Met kwalitatief hoogwaardig wordt bedoeld dat tenminste het punt- en schachtdraagvermogen gescheiden zijn gemeten, de paalpunt voldoende verplaatst is (>10%D) en dat grondonderzoek in de onmiddellijke nabijheid van de proefpaal aanwezig is, bij voorkeur in het hart van de paal voordat deze geïnstalleerd werd. De validatie van de directe CPT-methoden is uitgevoerd aan de hand van in Nederland, België en Frankrijk uitgevoerde hoogwaardige proef - belastingen waarvan de gegevens in een data - base bij Deltares worden beheerd. In deze database zijn de gegevens van belastingen op 25 grondverdringende palen verzameld. Daarnaast is een vergelijking gemaakt met elders, in de literatuur, uitgevoerde validaties. PAALPUNTDRAAGVERMOGEN Figuur 2 geeft de resultaten van de validatie van de drie directe CPT-methoden voor het puntdraagvermogen. Op de horizontale as staat het berekende puntdraagvermogen en op de verticale as het gemeten puntdraagvermogen. Als een methode 100% juist voorspelt, liggen alle punten dus op een lijn onder 45o door de oorsprong. Bij elke gemeten puntdraagvermogen moeten dus drie punten zijn aangegeven op de horizon - tale as, namelijk het berekende draagvermogen volgens de Nederlandse methode (orange wibertje), de Belgische methode (geel blokje) en de Franse methode (blauw driehoekje). Op deze wijze zijn dus drie verzamelingen gecreëerd. Door de oorsprong zijn met behulp van de methode der kleinste kwadraten lijnen getekend die de drie verzamelingen het best benaderen. De tangens van de hellingshoek van deze lijnen is aangegeven en geeft gemiddelde verhouding tussen het gemeten en het berekende punt draagvermogen (Q gemeten / Q berekend ). Uit figuur 2 blijkt dus dat de verhouding tussen gemeten en berekend puntdraagvermogen volgens de Nederlandse methode voor dit paaltype 0,7 bedraagt. De Nederlandse methode overschat het puntdraagvermogen dus substantieel. De Belgische methode in mindere mate (75%) en de Franse methode is dus enigszins aan de veilige kant. Eigenlijk zou bij de Nederlandse methode voor het puntdraagvermogen dus met een p van 0,7 (in plaats van p = 1,0 zoals nu wordt gebruikt) moeten worden gerekend. Bij de interpretatie zoals in deze figuur weergegeven is de limietwaarde zoals de NEN voorschrijft buiten beschouwing gelaten. GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

8 Penetratie Gemiddelde Standaard Variatie α p -waarde afwijking ( ) coëfficiënt (v) Zonder limiet 0,989 0,27 0,27 < 8 D Met limiet q b;max < 15 MPa 0,992 0,27 0,28 Zonder limiet 0,635 0,08 0,12 > 8 D Met limiet q b;max < 15 MPa 0,834 0,35 0,42 Tabel 3 Gemiddelde α p voor ondiepe en diepe palen met en zonder limietwaarden. Schachtdraag- Gemiddelde Standaard Variatie vermogen α p -waarde afwijking ( ) coëfficiënt (v) Met limiet q b;max < 150 kpa 0,0099 0,0036 0,36 Tabel 4 Gemiddelde α p met limietwaarden. Figuur 3 De verhouding tussen gemeten en berekend puntdraagvermogen volgens Nederlandse methode als functie van de penetratie in de zandlaag. Figuur 4 Gemeten versus berekend schachtdraagvermogen volgens Nederlandse, Belgische en Franse methode. ondiep in de zandlaag lijkt de gemiddelde waarde juist onder 1,0 te liggen. De voor de hand liggende vraag is natuurlijk of dit onderscheid niet kunstmatig door de qc middelingsprocedure van Koppejan (8D boven de punt) wordt geïntroduceerd. Op deze vraag wordt later teruggekomen. SCHACHTDRAAGVERMOGEN Figuur 4 geeft de resultaten van de validatie van de drie directe CPT-methoden voor het schachtdraagvermogen. Op de horizontale as staat het berekende schachtdraagvermogen en op de verticale as het gemeten schachtdraagvermogen. Het blijkt dat de Belgische en Nederlandse methode voor de bepaling van het schachtdraagvermogen het gemiddeld goed doen, met verhoudingen van resp. 0,99 en 0,94. Hier is dus sprake van een (zeer) geringe overschatting van het schachtdraagvermogen. De Franse methode is hier met een factor 1,34 erg conservatief. Verder valt op dat de spreiding aanmerkelijk groter is dan bij het puntdraagvermogen. Ook bij deze interpretatie van de proefbelastingen werden de limietwaarden uit de norm niet gehanteerd. In figuur 3 is verder ingezoomd op de validatie Nederlandse methode, waarbij onderscheid is gemaakt naar penetratie in de zandlaag. In deze figuur staat op de horizontale as de verhouding tussen gemeten en berekend puntdraagver - mogen en op de verticale as de diepte van de paal in de zandlaag uitgedrukt in lengte / paaldiameter. Het blijkt dat voor palen die dieper dan 8 D in de zandlaag staan de verhouding tussen gemeten en berekend terugloopt naar 0,6. Voor de palen LIMIETWAARDEN Indien de limietwaarden conform de NEN 6743 worden gehanteerd veranderen de gevonden gemiddelde waarden (gemiddelde p en s ) zoals weergegeven in tabel 3 en 4. Voor het puntdraagvermogen is nog onderscheid gemaakt in ondiepe en diepe palen. In de tabellen zijn tevens de standaard afwijking en de variatie coëfficiënten aangegeven. Het blijkt dat de mate van overschatting van het puntdraagvermogen mèt in acht name van de limietwaarde minder is ( p = 0,834), maar tevens dat voor palen met een penetratie van meer dan 8D de overschatting nog groter is ( p = 0,635 in plaats van 1,0). Opnieuw blijkt dat de spreiding bijzonder groot is, zeker als bedacht wordt dat de normen, (factor ) uitgaat van een variatie coëfficiënt van 10 a 15%. ANDERE VALIDATIES Zoals hierboven al vermeld is ook een vergelijking gemaakt met andere, in de literatuur gevonden, validaties. Puppala et al, (2002) onderzocht de betrouwbaarheid van de Franse 6 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

9 Draagvermogen van geheide palen in internationale context en Nederlandse methode voor het berekenen van het paaldraagvermogen aan de hand van 24 proefbelastingen uit de database van Federal High Way Authorities in USA. Zij concludeerden dat voor de Franse en de Nederlandse methode de verhouding Qgemeten / Qberekend respectievelijk 0,94 en 0,71 bedraagt. Deze evaluatie van de Franse en Nederlandse berekeningsmethode komt ver gelijkbaar uit als de hierboven beschreven evaluatie, waarbij echter moet worden bedacht dat Puppala et al, het totale draagvermogen beschouwde en niet alleen Figuur 5 Evaluatie paalpuntdraagvermogen; qb0.1 is gemeten puntweerstand bij 10%D verplaatsing en qc is de gemiddelde conusweerstand conform Koppejan, overgomen uit (Xu &Lehane, 2005). palen in zand maar ook in klei. Een andere evaluatie werd uitgevoerd door een onderzoeker van de University of Western Australia, (UWA) aan de hand van de gegevens van 20 proefbelastingen (X u, 2007). Figuur 5 geeft een overzicht van de resultaten van dat onderzoek voor het paalpuntdraagvermogen, waarbij op de verticale as de verhouding Qgemeten / Qberekend is uitgezet tegen de paaldiameter op de horizontale. X u (2005) gebruikte voor de bepaling van Qgemeten eveneens de kracht op de paalpunt bij 10%D paalpunt verplaatsing (conform CUR/rapport 229) en voor Reduction factor 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Pile diameter Figuur 6 Reductie factor voor de paalpuntdiameter volgens de ICPmethode. Qberekend de Nederlandse procedure voor de 0,2 middeling van de conusweerstand. Verder blijkt uit dit onderzoek dat de verhouding Q gemeten / Q berekend niet afhankelijk is van de paaldia meter, althans vanaf diameter groter dan ca 300mm. 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Diameter Ook volgens het CUR-onderzoek werd geen diameter afhankelijkheid gevonden. CONCLUSIE AANGAANDE DE VALIDATIE Uit de uitgevoerde analyses blijkt met betrekking tot het puntdraagvermogen dat de Franse me thode betrouwbaar is, hoewel enigszins conservatief voor puntdraagvermogen (13%). Verder dat de Nederlandse en Belgische methoden het puntdraagvermogen substantieel overschatten, voor de Nederlandse methode geldt dat voor palen met meer dan 8D penetratie in zandlaag. Buitenlands onderzoek (Xu&Lehane, 2005) bevestigt dat een p = 0.6 voor Nederlandse methode beter aansluit bij de gemeten puntdraagvermogens voor palen met meer dan 8D penetratie. Het schachtdraagvermogen wordt volgens de Nederlandse en Belgische methode betrouwbaar voorspelt, waarbij echter moet worden opgemerkt dat de variatie coëfficiënt (0.36) hoger is dan waar de normen vanuit gaan bij de vaststelling van de partiële factoren. De Franse methode voor de bepaling van het schachtdraagvermogen is conservatief. Dit wordt gemiddeld 34% te laag ingeschat. Naar aanleiding van deze conclusies zijn mogelijke verbeteringen van de Nederlandse methode onderzocht, die gericht waren op aanpassing van de procedure voor de bepaling van de gemiddelde conusweerstand of op aanpassing van de fac - toren. Eerst wordt onderstaand bezien of andere internationale CPT gerelateerde methode ter bepaling van het puntdraagvermogen tot andere inzichten leiden. Met betrekking tot de bepaling van het schachtdraagvermogen werd geen verdere studie ondernomen. Andere CPT-methoden Onderstaand wordt kort ingegaan op 2 methoden ter bepaling van het puntdraagvermogen van grondverdringende palen waarin internationaal regelmatig gerefereerd wordt. Achtereenvolgens wordt ingegaan op de methode ontwikkeld door Imperial College en door University of Western Australia. IMPERIAL COLLEGE PILE (JARDINE ET AL., 2005) De ICP-methode (Imperial College Pile) is een ontwerpmethode voor geheide palen. Het puntdraagvermogen voor palen in zand wordt als volgt bepaald: Q b = q b. π. D 2 /4 q b = q c [1 0.5 log (D/D cpt )] q b = 0.3 q c for D > 0.9m Waarin is: D cpt diameter van de gebruikte sondeerconus, q c middeling van de conusweerstand volgens de Franse methode met een voorbehoud voor gelaagde grond. De overige symbolen werden al gedefinieerd. Bij deze methode is het paalpuntdraagvermogen dus in sterke mate afhankelijk van de paaldiameter D. De reductiefactor voor de paaldiameter is uitgezet in figuur 10. De reductie factor neemt af tot 0,3 bij palen met een diameter gelijk of groter dan 0,9 m. De diameter afhankelijkheid werd niet in het CUR 229 gevonden, noch in het Xu&Lehane, (2005), althans niet vanaf een diameter in de orde van 300 mm. GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

10 een vergelijking van verschillende middelings - methoden en de gemeten puntweerstand van een gedrukte paal met D=350 mm. In de linker figuur is getekend: de gemeten conusweerstand (36 mm), de gemiddelde conusweerstand volgens de Nederlandse methode (qc;avg Dutch) en de gemeten paalpuntweerstand (Jacked Pile). De overeenstemming in deze gelaagde grond is overtuigend. Uit de rechter figuur blijkt dat een middeling van de conusweerstand over 1,5 D boven en onder de paalpunt tot een veel te hoog gemiddelde leidt. Figuur 7 Vergelijking van verschillende q c middeling methoden en de puntweerstand van een gedrukte paal in gelaagde grond (Xu&Lehane, 2005). Ook uit onderzoek met penetratietesten in een geotechnische centrifuge met gelaagde grond blijkt dat de paalpuntweerstand op 4D boven een laag met geringe weerstand begint af te nemen en dat pas na 8D a 10D penetratie in de harde laag het effect van de bovenliggende slappe laag eindigt. Uit dit onderzoek kan worden geconcludeerd dat de Franse Methode voorgelaagde grond niet bruikbaar is en de Nederlandse het goed doet. UWA-05 UWA-05 is een CPT-gerelateerde ontwerpmethode voor grondverdringende palen in Silica zand (Lehane et al. 2007, Xu et al. 2008). Volgens deze methode wordt het puntdraagvermogen voor gesloten palen als volgt bepaald: Q b = q b0.1 ¼ π ¼ D2/4 met: q b0.1 /q c;av = 0.6 voor geheide palen q b0.1 /q c;av = 0.9 voor gedrukte palen q c;av middeling van de conusweerstand volgens Nederlandse methode q b0.1 gemeten puntweerstand bij 10%D verplaatsing van paalpunt Deze methode maakt onderscheid tussen geheide en gedrukte palen, waarbij de factor 0,6 voor geheide palen overeenkomt met CUR-bevindingen voor diepere palen. Opmerkelijk is dat de ICP methode de Franse middeling aanbeveelt en de UWA-05 de Nederlandse, terwijl beide instituten zich voor een deel baseren op dezelfde onderzoeken. Een andere punt is dat UWA-05 voor zover bekend de enige methode is die onderscheid maakt tussen het puntdraagvermogen van geheide en gedrukte palen. De verklaart mogelijk waarom de Nederlandse rekenregel voor geheide palen te optimistisch is. De Nederlandse methode werd immers mede gebaseerd op de weggedrukte paal van Plantema (1948), terwijl in praktijk dit type palen geheid wordt evenals alle de palen in de Deltares proefbelastingdata-base. Mogelijke verbeteringen Deltares onderzocht de volgende mogelijke verbeteringen voor het bepalen van het puntdraagvermogen. 1. Toepassing van de Franse methode voor het bepalen van de gemiddelde conusweerstand maar met een geoptimaliseerde factor p = 0.6 (i.p.v. 0.5). Belangrijk bij deze methode is de vraag: hoe betrouwbaar is de Franse methode ter bepaling van het gemiddelde in gelaagde grond. Onderstaand wordt hier nader op ingegaan. 2. Toepassing van Nederlandse methode maar dan onderscheiden in ondiepe palen (<8D) p = 1.0 diepe palen (>8D) p = 0.6 BEPALING VAN GEMIDDELDE CONUSWEERSTAND De vraag is: welke gemiddelde conusweerstand is representatief voor de paalpuntweerstand. Is de relatief eenvoudige Franse methode voldoende betrouwbaar en wordt het onderscheid tussen diepe en ondiepe palen alleen geïntroduceerd door de methode Koppejan, waarbij de conusweerstand tot 8D boven paalpunt in de middeling wordt betrokken of draagt die conusweerstand daadwerkelijk bij aan de puntweerstand. In het verleden hebben meerdere onderzoekers zich gericht op dit schaaleffect (Plantema, 1948 en De Beer 1965). Overtuigend bewijs van de juistheid van de Nederlandse 4D/8D methode wordt gevonden in Xu&Lehane, (2005). Figuur 11 geeft Conclusie De empirische ontwerp methoden op basis van de sondering voorspellen het draagvermogen van geheide palen met beperkte nauwkeurigheid. De variatiecoëfficiënt ligt in de orde van 30%. De Nederlandse methode overschat het puntdraagvermogen voor het prefab beton en gesloten stalen buispalen aanzienlijk indien de penetratie in de zandlaag meer dan 8D bedraagt. De Nederlandse methode om de gemiddelde conusweerstand voor de paalpunt te bepalen is betrouwbaard. Voor gelaagde grond is de methode gebaseerd op een middeling over 1,5 D onder en boven paalpunt niveau niet betrouwbaar. Mogelijke verbeteringen zijn: 1. In geval van homogene grond over een zone gelijk aan 8D boven en 4D onder het paal - puntniveau mag de Franse Methode worden toegepast, met een aangepaste p = 0,6. 2. toepassing van Nederlandse methode, maar onderscheiden in ondiepe palen (<8D) en diepe palen (>8D), waarbij p = 1,0 en respectievelijk 0,6 moet worden genomen. Hoe nu verder? Het CUR-onderzoek betrof alleen geheide prefab beton en gesloten stalen buispalen. Van andere systemen zijn geen of onvoldoende kwalitatief goede proefbelastingen aangeleverd om een vergelijkbaar onderzoek te doen. Bekend is dat de meeste factoren voor de andere paalsystemen zijn afgeleid uit vergelijking met de prefab beton palen en niet zijn gebaseerd op een betrouwbare 8 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

11 Draagvermogen van geheide palen in internationale context serie proefbelastingen. Dat wil zeggen dat het beeld nu nog niet compleet is. De betreffende NEN-commissie, die verantwoordelijk is voor de NEN-EN norm voor paalfunderingen heeft in een artikel in nummer 1 van jaargang 15 van Geotechniek aangegeven hoe zij om zal om gaan met de resultaten van het DelftCluster/ CUR-onderzoek (Hannink & Seters, 2010) Literatuur CUR-rapport 229 Axiaal draagvermogen van palen. CUR, Gouda 2010 Bustamante.M&Gianeselli.L (1982). Pile bearing capacity prediction by means of static penetrometer CPT. Second European Symposium on Penetration Testing, Amsterdam, May DeBeer.E (1965). De invloed van de dwarsaf - metingen van een paal op de puntweerstand. De Ingenieur jaargang 77 (no.3, 15 jan. 1965): B1-21. De Ruiter. J. and Beringen F.L. (1979) Pile foundations for large North Sea structures. Marine Geotechnology 3. Fascicule62-V (1993). Regles Techniques de Conception et de Calcul des Fondations des Ouvrages de Genie Civil Fran Roger. Cacul des fondations superficielles et profondes. Presses de l Ecole Nationale des Ponts et Chaussées. 141 p. Hannink, G. en A.van Seters, (2011) Eurocode 7 en Nationale norm NEN , Draagkracht van palen, Geotechniek, nr??? Jardine.R.J., Chow.F.C., Overy.R.F. and Standing.J.R. (2005). ICP design methods for driven piles in sand and clays. Thomas Telford, London, 97. Lehane, B.M, Scheider, J.A., and Xu.X (2007). Development of the UWA-05 design method for open and closed driven piles in siliceous sand. Contemporary Issues in Deep Foundations, ASCE GSP 158, Geo Denver 2007, Plantema, G. (1948). Results of a special loading test on a reinforced concrete pil, a so-called pile sounding, interpretation of the results of deep soundings, permissible pile loads an extende settlement observations. Second International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rotterdam Puppala, A.J., E.Wattanasanticharoen, L.R.Hoyos, R. Satyanarayana (2002). Use of Cone Penetration Test (CPT) Results for Achúrate Assessments of Pile Capacities. Ninth Internacional Conference on Piling and Deep Foundations, Nice, Presse de l Ecole Nationale des Pont et Chaussées, p W.C.van Mierlo & A.W.Koppejan (1952). Lengte en draagvermogen van heipalen; vaststelling hiervan en enige daarbij verkregen ervaringen. Bouw nr (19 januari). X. Xu & B.M. Lehane (2005). Evaluation of end-bearing capacity of closed-ended pile in sand from cone penetration data. Frontiers in Offshore Geotechnics: ISFOG 2005 Gourvenec & Cassidy (eds). Xu Xiangtao (2007) Investigation of the end bearing performance of displacement piles in sand. PhD dissertation University of Western Australia. X. Xu & J.A. Schneider & B.M. Lehane (2008). Cone penetration test (CPT) methods for end-bearing assesment of open- and closedended driven piles in siliceous sand. Canadian Geotechnical Journal 45: GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

12 In de afgelopen jaren is door een CUR/Delft Cluster commissie gewerkt aan een breed gedragen ontwerp - richtlijn die een substantiële verbetering geeft bij het voorspellen van vervormingen en krachten in de constructie in geval van door grond horizontaal belaste palen. De nu verschenen CUR publicatie is het resultaat hiervan en geeft o.a. een aantal aanbevolen ontwerpmethoden die zullen worden toegelicht. CUR Publicatie 228, Ontwerprichtlijn Door grond horizontaal belaste palen ir. R.S. Beurze Volker InfraDesign voorzitter van CUR commissie H408 ing. A. Feddema Deltares secretaris CUR commissie H408 Inleiding De CUR ontwerprichtlijn 228 Door grond horizontaal belaste palen [1] is in het voorjaar van 2010 beschikbaar gekomen. De eerste indrukken zijn dat de ontwerprichtlijn voorziet in een behoefte. Dit is ook niet zo verwonderlijk aan - gezien er tot op heden geen goede ontwerprichtlijn beschikbaar was en dit bij ieder project waar deze problematiek speelt opnieuw tot discussie tussen opdrachtgever, ontwerper en aannemer leidde. Al in 2003 is gestart met het Delft Cluster kennisprogramma Nieuw perspectief voor fundering en bouwputten met als doel om de voorspelbaarheid van gronddeformaties te verbeteren. De aanleiding hiervoor was dat er tot heden nog relatief weinig kennis is van de horizontale vervormingen die gepaard gaan met de primaire en seculaire zettingen. Een veel voorkomend probleem hierbij is de voorspelling van de invloed van horizontale grondvervormingen op de paalgefundeerde constructies, zoals bijvoorbeeld landhoofden en geluidsschermen, maar ook bebouwing naast een ophoging. Daar waar de voorspellingen niet juist zijn uitgevoerd of er te weinig rekening is gehouden met de on - zekerheden zijn schadegevallen ontstaan (figuur 1). De schade varieert van het ontoelaatbaar deformeren van de palen tot bijvoorbeeld het dichtdrukken van de voegen. Doordat er veelal geen ruchtbaarheid aan wordt gegeven, kan de indruk ontstaan dat het aantal schade gevallen beperkt is. In 2006 is het Delft Cluster onderzoek door grond horizontaal belaste palen ondergebracht in de CUR-commissie H408 waarin aannemers, ingenieursbureaus, opdrachtgevers en onderzoeksinstellingen hun krachten hebben gebundeld om dit onderwerp verder te onderzoeken. Het doel van de CUR-commissie was het verbeteren van de voorspelling van de vervormingen en krachten in de constructie als gevolg van horizontale vervormingen in de ondergrond door met name ophogingen. We kunnen concluderen dat met het beschikbaar komen van de ontwerprichtlijn aan de doelstelling is voldaan waarbij optimaal gebruik is gemaakt van de beschikbare informatie en metingen. In de toekomst zal met het beschikbaar komen van resultaten van nieuwe langeduurmetingen (bijv. vanuit het Geo-impuls programma) en de doorgaande ontwikkeling van de rekenmodellen een verdere verbetering van de ontwerprichtlijn mogelijk zijn. In [2] is verslag gedaan van de tussenstand. In dit artikel wordt het eindresultaat van de CUR-commissie toegelicht. Werkwijze CUR commissie Als eerste stap is een (internationale) literatuurstudie uitgevoerd om de bestaande ontwerp - methoden in kaart te brengen. Naast dat dit een goed overzicht geeft van de beschikbare methoden heeft dit ook een nog relatief onbekende methode uit Frankrijk opgeleverd, de methode Bourgues & Mieussens [3]. Vervolgens is een aantal beschikbare veld- en centrifugeproeven geanalyseerd om de geschiktheid van bestaande rekenmethoden te toetsen. Hierbij moet worden opgemerkt dat er een beperkt aantal goed gedocumenteerde velden centrifugeproeven beschikbaar is. Een speciaal voor dit onderzoek uitgevoerd geo - cen trifuge onderzoek is een nuttige aanvulling op reeds bestaande veldmetingen gebleken. Op basis van de analyses is de rekenmethodiek verbeterd om hiermee de nauwkeurigheid van de voorspellingen te vergroten. De verbeterde rekenmethoden zijn ingedeeld en vastgelegd in een aantal aanbevolen rekenmethoden waarbij de complexiteit is onderscheiden van eenvoudig tot uitgebreid. Figuur 1 Bestaande ontwerpmethoden De ontwerpmethoden voor het analyseren van dit grond-constructie-interactie probleem kunnen grofweg in twee hoofdgroepen worden onderscheiden, zie figuur 2: Groep 1 waarbij de horizontale gronddeformatie in een apart model wordt bepaald dat dient 10 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

13 als invoer voor een model waarin de paal is gemodelleerd als verend ondersteunde ligger. Groep 2 waarbij grond en paal in één systeem zitten. Uit de bestaande ontwerpmethoden is een selectie gemaakt van methoden/modellen die binnen het onderzoek zijn getoetst aan een aantal beschikbare veldmetingen en de centri - fugeproeven. Deze methoden/modellen zijn: Groep 1: Grond en Palen gesplitst Voor de bepaling van het horizontaal grond gedrag: methode Van IJsseldijk-Loof (analytisch methode op basis van de elasticiteitstheorie); methode Bourges & Mieussens (empirische methode uit Frankrijk); 2D eindige elementen modellen (Plaxis Soft Soil, Hardening Soil en Soft Soil Creep). Voor het bepalen van het paalgedrag: Mpile (verend ondersteunde ligger); Msheet of Mhorpile (verend ondersteunde ligger). Figuur 2 Figuur 3 Groep 2: Grond en Palen in één model 2D eindige elementen model (Plaxis; paal geschematiseerd als doorgaande wand); 3D eindige elementen model (Plaxis). In de CUR-commissie is ook aandacht besteed aan de invloed van kruip en scheur vorming op het paalgedrag van een (prefab) betonpaal. Er is geconcludeerd dat de methode voor het bepalen van de buigstijfheid van funderingspalen volgens VBC 1995 het beste kan worden toegepast. Verder blijkt dat vooral het modelleren van de verminderde stijfheid door scheurvorming van het beton tot optimalisaties kan leiden. Indien scheurvorming optreedt, speelt het effect van de kruip van het beton nog maar een ondergeschikte rol. Naast de stijfheid van de paal heeft de inklemming van de paalkop een grote invloed op het momentenverloop in een funderingspaal. Veelal wordt gerekend met een 100% inklemming van de door grond horizontaal belaste paal met grote inklemmingsmomenten als gevolg. In de praktijk zal de inklemming vrijwel nooit 100% zijn. Selectie cases Een aantal cases waarbij alleen de gronddefor - maties zijn gemeten zijn ook zeer waardevol gebleken voor het onderzoek. Immers, als de horizontale gronddeformaties slecht kunnen worden voorspeld is de voorspelling van het gedrag van de paal ook slecht. Daarnaast is uit de literatuurstudie reeds gebleken dat het aantal bruikbare cases waarin zowel aan grond als aan palen is gemeten zeer beperkt zijn. De gebruikte veld- en centrifugeproeven zijn: Cases met alleen gronddeformaties: No-Recess proefterp HW1 Betuweroute km 16.7 Cases met zowel gronddeformaties als grond-constructie-interactie: Geocentrifugeproef GeoDelft; gronddeformaties en bepaling van de buigende momenten van een messing paal ingeklemd aan de kop waarbij palen op verschillende momenten in het ophoogproces zijn geïnstalleerd in de teen van een model van een 5 m hoge ophoging op een 10 m dik pakket slappe klei, zie figuur 3. CIAD-proef Europaboulevard; gronddeformaties en bepaling van de buigende momenten in de fundatiepalen in een keermuur. De momenten in de paal zijn op verschillende niveaus bepaald met rekstroken; De Brienenoord Corridor (Bricorproef); De gronddeformatie en deformaties van een stalen en prefab betonpaal met vrije paalkop t.g.v. de wegverbreding bij de Brienenoord. De vervorming van de palen is bepaald met in de palen opgenomen hellingmeetbuizen. Analyse cases HORIZONTALE DEFORMATIES Uit de resultaten van de cases blijkt dat de methode Van IJsseldijk-Loof alleen tot redelijke voorspellingen van de horizontale deformaties leidt als de situatie goed aansluit bij de randvoorwaarden (uniforme grondopbouw, ongedraineerd en grotendeels elastisch, d.w.z. als de stabiliteit van het grondlichaam relatief groot is; bijvoorbeeld Bishop stabiliteit > 1,6) Met de methode Bourges & Mieussens worden goede resultaten geboekt met de berekening van de horizontale grondvervorming. Deze methode is wat de grondvervormingen betreft completer dan de methode Van IJsseldijk en Loof, omdat naast de stijfheid van de grond ook de stabiliteit van de terp wordt meegenomen. Een nadeel ten opzichte van de methode Van IJssel - dijk-loof is dat geen gronddrukverhogingen kunnen worden bepaald waaruit de belasting op een paalfundering volgt. Verder moet er nog meer praktijkervaring worden opgedaan met deze methode. Uit de analyse van de cases is gebleken dat het GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

14 Plaxis Soft Soil Creep-model het meest geschikt is als eindige elementenmodel voor de voor - spelling van horizontale gronddeformaties in slappe grond. Bij het toepassen van het Soft Soil Creep-model is het op de juiste manier afleiden en toepassen van de materiaalpara - meters c, ϕ' en M van groot belang. De horizontale verplaatsing wordt gedomineerd door de stabiliteit van de terp en de waarde voor de neutrale gronddrukcoëfficiënt K nc 0. Aan deze laatste is ook de parameter M gekoppeld die de vorm van de cap of kruipcontour bepaalt. Binnen het Soft Soil Creep-model wordt als default instelling K nc 0 en M bepaald uit de hoek van inwendige wrijving ϕ' van de grond, volgens [4]: Een te lage waarde voor ϕ' (bijvoorbeeld uit celproeven of de 2% of 5% rekgrens uit triaxiaalproeven) leidt tot een relatief hoge waarde voor K nc 0. Hierdoor wordt M relatief laag, en de vervorming te groot. Beter is het om de K nc 0 en daarmee ook M rechtstreeks in te voeren. Uit de cases No-Recess en Betuweroute blijkt dat de bepaling van K nc 0 en M uit K 0 -CRSproeven tot goede resultaten leidt. Als er geen laboratoriumgegevens beschikbaar zijn kunnen de volgende waarden worden gehanteerd: Veen 0,25 < K nc 0 < 0,35 Klei 0,35 < K nc 0 < 0,5 Zandige klei 0,45 < K nc 0 < 0,55 Er is grote terughoudendheid geboden bij het toepassen van cohesie in het Soft Soil Creepmodel, vooral bij lage spanningen. Dit in verband met ongewenste effecten van cohesie op het model. Het SSC-model kan daarom niet in de toplagen worden toegepast. Hiervoor wordt aanbevolen om het Mohr-Coulomb model toe te passen. VERENMODELLEN Als verenmodellen worden gebruikt bij de bepaling van de vervormingen en krachten in de constructie, is de voorspellingskracht sterk afhankelijk van de beddingconstanten. De beddingconstanten op basis van de tabellen van Van IJsseldijk-Loof en op basis van Ménard scoren vrij slecht. De beste resultaten worden verkregen door de beddingconstante af te leiden volgens de methode CIAD/Begemann-De Leeuw. Hiervoor is het nodig om de ongehinderde horizontale gronddeformatie te bepalen en tevens de (maximale) gronddruk bij volledige verhindering (oneindig stijve paal). Dit resulteert in een paalbelasting gelijk aan nul als de paal net zoveel beweegt als de grond en een maximale paal - belasting als de grond volledig wordt verhinderd door de paal. EINDIGE ELEMENTEN METHODE De voorspellingskracht van de 2D modellen, waarbij de palen als wand zijn gemodelleerd, valt of staat met de keuze van de modelfactor die wordt gebruikt om de stijfheid van een individuele paal te vertalen naar een wandstijfheid in het 2D model. Uit de geanalyseerde cases blijkt dat bij paalgroepen (bijv. keermuren of landhoofden) de equivalente paalstijfheid in Plaxis 2D het beste kan worden bepaald door de paalstijfheid te delen door de hart-op-hart (h.o.h.) afstand van de palen, zie figuur 4. Oftewel: Dit is een goede modellering tot h.o.h. afstanden van de palen van ongeveer 8 * diameter paal. Voor grotere h.o.h. afstanden wordt aanbevolen om S * diameter paal als maximum te hanteren, met modelfactor S = 8. Deze modelfactor dient niet te worden verward met de schelpfactor die wordt gebruikt om de meewerkende breedte van een individuele paal te bepalen. Door het modelleren van een paal als wand in een 2D-model wordt het stromen van grond langs de paal verhinderd. Uit de analyse van de cases is gebleken dat het gebruik van een schelpfactor in een 2D-aanpak tot grote modelleringfouten leidt. Om het effect van deze modelleringfout te ondervangen is een model - factor S geïntroduceerd voor de 2D-aanpak. In feite is de modelfactor S gelijk aan de schelpfactor maal een correctiefactor voor de fouten die worden geïntroduceerd door de 2D-aanpak. Een volledige 3D berekening leidt tot de beste voorspelling van paalverplaatsingen en krachten in de palen. Opmerking In het CUR-rapport 228 zijn de onderzochte cases uitgebreid beschreven en geven daarmee veel achtergrond informatie. De onderliggende onder zoeksrapporten zijn voor geïnteresseerden eveneens te raadplegen. Aanbevolen ontwerpmethoden Op basis van de onderzochte cases is een aantal ontwerpstrategieën opgesteld. In de ontwerpstrategie wordt onderscheid gemaakt tussen de belasting op de paal door horizontale gronddeformaties en door externe krachten. Deze laatste categorie werkt over het algemeen op de paalkop en bestaat onder andere uit remkrachten, temperatuurbelasting, enzovoort. Veelal wordt een gesplitste berekeningsaanpak gehanteerd: de geotechnisch adviseur analyseert met een Figuur 4 Figuur 5 12 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

15 CUR Publicatie 228, Ontwerprichtlijn Door grond horizontaal belaste palen Bovenste meter: reduceren Beddingsconstanten vlg. Ménard Axiale veerstijfheid vlg. EN 6743 Figuur 6 Figuur 7 grondmodel de effecten van gronddeformaties. De constructeur berekent met behulp van een constructiemodel de invloed van de externe krachten. De interactie is weergegeven in figuur 5. De stappen in de ontwerpberekeningen zijn als volgt: 1. Bepalen van de ongehinderde grond vervorming. 2. Bepalen van de restvervorming na installatie van de funderingspalen. 3. Bepalen van de (paal)krachten en vervormingen 4. Analyseren van de op de constructie werkende externe krachten. 5. Samenstellen van de resultaten. 6. Toetsing van de resultaten. De ontwerpstrategieën zijn in drie categorieën verdeeld: Eenvoudig, waarbij gebruik wordt gemaakt van ongehinderde grondvervormingen op basis van Van IJsseldijk-Loof of Bourges & Mieussens en vervolgens verenmodellen voor de grondconstructie-interactie. Tussenweg, waarbij de ongehinderde grondvervorming wordt bepaald met Plaxis 2D en er voor de grond-constructie-interactie gebruik wordt gemaakt van een verenmodel of Plaxis 2D. Uitgebreid, waarbij zoveel mogelijk een geïntegreerde 3D berekening wordt gemaakt (met Plaxis 3D). Voorbeeld landhoofd Tussenweg Ter illustratie van de ontwerpstrategie Tussen- weg worden de stappen doorgenomen die gevolgd kunnen worden bij het berekenen van een hooggelegen landhoofd (zie figuur 6) met aansluitend een aardebaan. STAP 1: BEREKENING ONGEHINDERDE VERVORMING MET PLAXIS 2D Als kruip van de grond een rol speelt, wordt gebruik gemaakt van het Soft Soil Creep-model. Hierbij wordt speciale aandacht gevraagd voor de juiste keuze van de modelparameters. Het wordt aanbevolen om de met Plaxis berekende restzetting te ijken aan een zettingberekening (MSettle) en de orde van grootte van de horizontale deformaties te controleren met Bourges & Mieussens. STAP 2: HET BEPALEN VAN HET MOMENT VAN INSTALLEREN VAN DE PALEN Dit is een iteratief proces en afhankelijk van vele factoren; mogelijke wachttijd, het type funderingspaal, de duurzaamheideisen, de sterkte, enzovoort STAP 3: BEREKENING VAN DE GROND- CONSTRUCTIE-INTERACTIE MET PLAXIS 2D In het Plaxis 2D model worden de palen als wand gemodelleerd. De stijfheid van de palen wordt als volgt gemodelleerd: Als modelfactor * diameter paal (S * D, zie hier boven) wordt hierbij dus de h.o.h.-afstand tussen de palen gehanteerd. Dit is een goede modellering tot h.o.h. afstanden van de palen van on geveer 8 * Diameter paal (8*D). Voor grotere h.o.h. afstanden wordt aanbevolen om 8 * diameter paal als maximum te hanteren, dus in dat geval: De door Plaxis berekende paalmomenten zijn per Figuur 8 strekkende meter. De werkelijke paalmomenten worden verkregen door ze te vermenigvuldigen met de h.o.h. afstand van de palen (of 8*D als dit als maximum is gehanteerd): M paal, werkelijk [knm] = M palenrij, Plaxis [knm/m] * h.o.h. afstand palen [m] STAP 4: ANALYSE VAN EXTERNE KRACHTEN In dit voorbeeld worden de op het landhoofd werkende externe krachten (oplegkrachten vanuit het dek) geanalyseerd met een verenmodel. Het wordt aanbevolen om de beddingconstanten volgens Ménard te gebruiken, zie figuur 7. Opgemerkt wordt dat het modelleren van de palen door middel van puntveren aan de onderkant van het landhoofd niet juist is. Het model geeft bij horizontale verplaatsingen geen momenten in de palen. Tevens geeft het ook GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

16 geen accuraat beeld van het horizontaal gedrag. Voor een juiste modellering met behulp van een verenmodel zullen de palen met veren langs de palen geschematiseerd moeten worden, zie figuur 8. Dit kan met modellen zoals MPile, Scia Engineer of gelijkwaardig. STAP 5 EN 6: SAMENSTELLEN VAN DE RESULTATEN EN TOETSING De krachten en vervormingen uit de analyses van stap 3 en 4 dienen samengesteld te worden. Veelal is het kopmoment en het inklemmings - moment in de diepere zandlaag of het veld - moment in de slappe laag van belang. Hierbij dient rekening gehouden te worden met de richting van de vervormingen en krachten en of het lange duur dan wel korte duur belastingen zijn. Voor de toetsing van de sterkte en duurzaamheid dienen de vigerende normen te worden toegepast. Conclusie Met het CUR-rapport 228 is een breed gedragen ontwerprichtlijn beschikbaar gekomen dat een substantiële kwaliteitsverbetering geeft bij het voorspellen van de vervormingen en krachten in de constructies. Het volgende is zoal bereikt: In het rapport is een aantal aanbevolen rekenmethoden vastgelegd, variërend van Eenvoudig tot Uitgebreid. De vrij onbekende methode Bourgues & Mieussens is geïntroduceerd voor de bepaling van de ongehinderde grondvervorming met goede resultaten. Helderheid is verschaft betreffende het omgaan met de beddingconstanten bij verenmodellen. Een modelfactor is bij Plaxis 2D berekeningen geïntroduceerd voor de schematisatie van de paalstijfheid. Er is helder gemaakt dat deze factor niet gelijk is aan de hiervoor veelvuldig gebruikte schelpfactor. Concrete aanbevelingen zijn opgenomen betreffende het gebruik van de grondmodellen in Plaxis, met name voor het Soft Soil Creepmodel. De grond-constructie-interactie en de wijze van modelleren hiervan is uitgebreid beschreven. Als commissie hopen wij dat het CUR rapport 228 zijn plek zal krijgen in de ontwerppraktijk van zowel de geotechnisch adviseur als de constructeur die met door grond horizontaal belaste palen te maken krijgen. Literatuur [1] CUR rapport 228, Ontwerprichtlijn Door grond horizontaal belaste palen, DC/CUR, Gouda, [2] Feddema, A., CUR-commissie H408 Door grond horizontal belaste palen de tussenstand, Geotechniek, 12e jaargang, nr. 5, december [3] Bourges, F. en Mieussens, C., Déplacements latéraux à proximité des remblais sur sols compressibles, Méthode prévision, Bulletin liaison Laboratoires des Ponts et Chaussées, no. 101, Mai-Juin 1979, ref. 2296, pp [4] Plaxis version 8, Material Models Manual, June 30, GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010

17 Grip op grond Met sterke producten van een ervaren partner in geotechniek Stabiele (bouw)wegen Enkagrid MAX voor grondstabilisatie Steile grondlichamen Enkagrid PRO voor grondwapening Erosievrije oevers en taluds Enkamat voor erosiepreventie Waterafvoer op maat Enkadrain voor drainage Bouwrijpe grond Colbonddrain voor grondconsolidatie Colbond bv tel.: fax: Precies ontworpen. Precies zo gebouwd. HUESKER ingenieurs ondersteunen u bij het ontwerp en de realisatie van uw bouwprojecten. Veelomvattende knowhow en jarenlange ervaring zijn de basis voor een betrouwbare uitvoering en zorgen voor een soepel verloop van de werkzaamheden. Uw kunt steunen op de producten en oplossingen van HUESKER. HUESKER geokunststoffen betrouwbaar door ervaring. FUNDERING LANDHOOFD OP GEWAPENDE GROND Fortrac geogrids is de wapening voor de op staal gefundeerde landhoofden van kunstwerk B en O in de N242 bij Alkmaar Agent voor Nederland CECO B.V. info@cecobv.nl Tel.: GEOTECHNIEK GEOTECHNIEK HUESKER Netherlands huesker.brok@hccnet.nl Tel.: WEGENBOUW WEGENBOUW WATERBOUW WATERBOUW MILIEUTECHNIEK MILIEUTECHNIEK GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

18 Ing. Constant Brok, HUESKER Synthetic GmbH KANSEN VOOR OPDRACHTGEVERS EN BOUWBEDRIJVEN Ontlastingsconstructies met Fortrac geogrids: een betrouwbare en bewezen oplossing Ontlastingsconstructies A73 nabij Roermond ( ) In het deeltrace van de A73 rondom Roermond is bij de kunstwerken 29, 30, 31 en 43 over een beperkte hoogte een gronddrukontlasting gecreerd. De kunstwerken hebben vooral bovenin een bepaalde gronddruk nodig. Vanwege temperatuurschommelingen in de constructie kan deze gronddruk in de betonwanden te hoog worden en is er over een bepaalde hoogte ontlasting nodig. In samenspraak met de constructeur is de locatie en de omvang van de ontlasting bepaald. Tevens is hier gekozen om de ontlastspleet van 10 cm te vullen met een samendrukbaar materiaal welke geen belasting door geeft. Het principe van de ontlastingsconstructie is weergegeven in nevenstaande figuur 1, en figuur 2 geeft de opbouw weer. Gewapende grondconstructies worden steeds meer en meer geaccepteerd als volwaardige constructies in de grond- weg- en waterbouw. Bij optimalisaties van kunstwerken wordt de inzet van ontlastingsconstructies met gewapende grond gezien als een bewezen techniek. Hierbij moet gedacht worden aan het wegnemen van de gronddruk op het kunstwerk bij a-symetrische belastingssituaties of weghalen van de gronddruk als gevolg van temperatuurvariaties in de constructie. Voor de berekening van de ontlastingsconstructies zijn zowel in binnen en buitenland richtlijnen beschikbaar, zoals de Nederlandse CURrichtlijn 198. Hier volgen enkele voorbeelden uit de Neder - landse markt. Conclusie Met Fortrac geogrids gewapende grond als ontlastingsconstructie levert meerwaarde bij het ontwerpen en optimaliseren van kunstwerken, zoals uit diverse praktijkvoorbeelden is gebleken. Ontlastingsconstructies in A2 Eindhoven ( ) In het project A2 Eindhoven zijn 6 kunstwerken waarbij de ongelijkvloers kruisende wegen een scherpe (niet haakse) hoek met elkaar maken. Het betreft de kunstwerken 1, 5, 6, 7, 21 en 34A/B, die op palen gefundeerd zijn. Door de scherpe hoek zijn de grondaanvullingen voor het talud tegen de betonconstructie ongelijkmatig. Bij een klassieke uitvoering zou dit een ongelijkmatige horizontale gronddruk geven, die zou resulteren in een globaal moment in het horizontale vlak, werkend op de constructie. Dit is niet gewenst. Door de grondaanvulling uit te voeren in gewapende grond onder 90 en deze op circa 0,10 m vanaf de betonconstructie te bouwen wordt dit globale moment voorkomen. Een groot bijkomend voordeel van de ontlastconstructie is het reduceren van horizontale krachten op de fundering. De gewapende grond - constructie is opgebouwd uit horizontalegecertificeerde Fortrac TP geogrid wapeningslagen met een laagdikte van 0,60 m en deze geogrids worden terugverankerd. De treksterkte en verankeringslengte kan per laag variëren. Het principe van de ontlastconstructie is weergegeven in figuur 3 en figuur 4 geeft de opbouw. Ontlastingsconstructie nieuwbouw hoofdkantoor BP te Rotterdam (2010) Tegen de nieuwbouw van het hoofdkantoor van BP wordt een grondwal aangelegd om een mogelijke drukgolf als gevolg van een explosie in de raffinaderij over het gebouw heen te leiden. Deze grondwal heeft een varierende hoogte van 3 tot 14,5 m en wordt op minimaal 0,5 m gebouwd van de voorstaande betonwand. Deze betonwand is niet berekend op gronddrukken. Om die reden wordt er een ontlastingsconstructie gebouwd. Aan de bovenzijde wordt de ontstane kier afgesloten met een betonplaat en afgedekt met een laag grond. De ontlastconstructie volgt het gebouw, heeft daardoor meerdere hoeken en is gevarieerd in hoogte. Figuren 5 en 6 geven een beeld van de omvang en bouw van de ontlastconstructie. Agent voor Nederland: HUESKER Benelux CECO B.V. huesker.brok@hccnet.nl info@cecobv.nl Tel Tel Ontlastingsconstructie KW540 Hanzelijn (2010) Bij de schuine ongelijkvloerse spoorkruising KW540 in de Hanzelijn is het principe gehanteerd om de a-symetrische gronddruk weg te halen van de betonwand daar waar het nodig is. Een extra moeilijkheid hierbij is een treinbelasting direkt op de ontlastconstructie van gewapende grond. Omdat de ondergrond sterk zettingsgevoelig is en vanwege restzettingscriteria voor de spoorbaan en het risico van het scheef zakken van de ontlastingsconstructie richting de betonwand is de ontlastingsconstructie gebouwd op een zettingsvrije paal-matras constructie. Hier is een combinatie gemaakt van 2 constructies met geogrids. Het principe van de ontlastconstructie is weergegeven in figuur 7, en figuur 8 geeft de opbouw weer.

19 Figuren: HUESKER GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december

20 Door een betere benutting van de bestaande fundering van de Westerlaantoren in Rotterdam is het mogelijk daar enkele verdiepingen bovenop te plaatsen. Een goed staaltje van de samenwerking tussen de geotechnische en constructieve disciplines. Een tweede leven voor de Westerlaantoren Ir. Michel Schamp Aronsohn Constructies raadgevende ingenieurs bv Eind jaren negentig kwam multinational Vopak met het voornemen om hun toenmalige kantoorpand, bestaande uit een kantoortoren en een aangrenzende langwerpige laagbouw aan de Westerlaan te Rotterdam te renoveren. Omdat Aronsohn verantwoordelijk was voor het constructieve ontwerp van de toren en de bijbehorende laagbouw werd ons de vraag gesteld of het mogelijk was om de toren op te hogen naar een hoogte van ongeveer 70 meter. De laagbouw moest gaan dienen als het nieuwe hoofdkantoor en zodanig worden aangepast dat de organisatie van Vopak er duurzaam en comfortabel kon worden gehuisvest. De toren zou worden gerenoveerd tot een kantooren woontoren. Tevens zou er een ondergrondse parkeergarage deels onder het Westerpark en deels onder de Westerlaan moeten komen voor de werknemers van Vopak en de toekomstige bewoners van de toren. De laagbouw is uiteindelijk vrijwel volledig vernieuwd en in 2004 in gebruik genomen. De ondergrondse parkeergarage is in 2008 gerealiseerd en als alles volgens planning verloopt, zal medio 2012 de Westerlaantoren worden opgeleverd. De aandacht in dit artikel gaat uit naar de renovatie en uitbreiding van de toren. Vanaf het initiatief in 1999 tot het definitieve ontwerp in 2008 zijn diverse varianten onderzocht. Er is zelfs over - wogen om de toren volledig te slopen. Het bleek uiteindelijk toch economisch voordeliger om de toren grotendeels te handhaven en uit te breiden. Het definitieve ontwerp bestaat uit een commer - ciële laag op de begane grond, kantoren van de 1e tot en met de 10e verdieping en woningen van de 11e tot en met de 19e verdieping. Op het dak staan enkele installaties voor de woningen en een installatie voor het gevelonderhoud onder een koepelvormige kap. In de kelder bevindt zich een doorgang naar de parkeergarage, de bergingen voor de woningen en de klimaatinstallaties voor de kantoren. Om het vloeroppervlak van de woningen te vergroten zijn er balkons voorzien aan de gevels. De bestaande constructie bestaat uit in het werk gestorte betonvloeren, balken, kolommen en Figuur 1 kernen. De bestaande toren heeft een nagenoeg vierkante plattegrond waarbij het vloeroppervlak van de 1e tot en met de 4e verdiepingsvloer groter is door de uitkragende en daarom verdikte vloeren. Boven de 4e verdiepingsvloer zijn de vloeren nagenoeg identiek tot en met de 16e verdiepingsvloer met een grondvlak van circa 32,5 bij 32,5 m 2. De dakvloer bevindt zich op ongeveer 61 meter boven het maaiveld en was ontworpen als landingsplaats voor een helikopter. De verticale belastingen worden gedragen door 220 mm dikke in het werk gestorte vloeren, rustend op betonnen balken die de belasting afdragen naar een binnenring van 20 kolommen met afmetingen 550x1000 mm 2 en kolommen in de gevel van 500x750 mm 2. Onder de 4e verdiepingsvloer worden de kolommen zwaarder; resp. 700x1000 mm 2 en 500x860 mm 2. De stabiliteit wordt verzorgd door een centrale kern die een duidelijk sterke en zwakke richting kent. Tot de 4e verdiepingsvloer bevinden zich in de gebouwhoeken betonnen schijven die ook een bijdrage leveren in de stabiliteit. Onder het gehele gebouw bevindt zich een 2 meter dikke gewapende betonnen plaat die de verticale en horizontale belastingen afdraagt naar de paalfundering. Er zijn in totaal 375 palen met een schachtmaat 400x400 mm 2 en een verzwaarde punt van 530x530 mm 2 toegepast. Om de toren te verhogen van 61 meter naar 76 meter en de vloeren geschikt te maken voor hun kantoor- of woonfunctie was het nodig om het gebouw tot op het betonnen casco te strippen en de 15e tot en met de 17e verdiepingsvloer te verwijderen. Ook de uitkragende 1e tot en met 4e verdiepingsvloeren zijn grotendeels verwijderd. De uitbreiding van de constructie van de toren bestaat uit 5 nieuwe verdiepingsvloeren en de stalen koepelvormige dakopbouw. De balkons worden aan de constructie gehangen door middel van een staalconstructie en zijn zo licht mogelijk uitgevoerd. Zie figuur 2. De verhoging van de toren betekent een toename van de totale verticale belasting in de uiterste grenstoestand van ongeveer 14% ten opzichte van de oude situatie. De windbelasting op de hogere en door de balkons deels bredere gevel geeft een 18 GEOtechniek Funderingsdag 2010 Special december 2010