Proefophoging A5 te Badhoevedorp met klei uit baggerspecie

Transcriptie

1 Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Dienst Weg- en Waterbouwkunde Proefophoging A5 te Badhoevedorp met klei uit baggerspecie

2 Proefophoging A5 2

3 Inhoudsopgave INHOUDSOPGAVE...3 SAMENVATTING ALGEMEEN Inleiding Doelstelling Achtergrond Inhoud VOORBEREIDING Overzicht Herkomst baggerspecie Civieltechnisch onderzoek Fase Fase II Samenvatting Conclusie ONTWERP Civieltechnische eisen Gebruikers- en prestatie-eisen Eisen klei Specifieke ontwerpeisen Ontwerp proefophoging Prognose gedrag Conclusies UITVOERING Locatie proefophoging Toetsvak Aanleg proefophoging Voorbereidende werkzaamheden Uitvoeringsperiode Controle aanvoer Methode van aanleg Weersomstandigheden Maatregelen tijdens neerslag Afwerking Meetresultaten en analyse Resultaten Analyse Meetinstrumenten Samenvatting Conclusies MONITORING Fase 1: Eigenschappen klei Boringen en sonderingen Classificatie-eigenschappen Sterkte- en vervormingseigenschappen Fase II: Gedrag constructie Horizontale vervormingen Vertikale vervormingen Stijfheid en draagkracht Samenvatting Conclusies EVALUATIE...55 Proefophoging A5 3

4 6.1 Eigenschappen klei Classificatie-eigenschappen Sterkte- en vervormingseigenschappen (Toekomstig) gedrag proefophoging Horizontale vervormingen Vertikale vervormingen Stijfheid en draagkracht Stabiliteit Ontwerp Constructie-eisen Materiaaleisen Uitvoeringseisen Uitvoeringsaspecten Uitvoering Controle Economische aspecten Conclusies MILIEUKUNDIGE GEGEVENS Milieukundige eisen Algemeen Toepassingseisen Partijkeuring Algemeen Resultaten Analyse Conclusie Ontwerp Aanzet tot monitoring Nulsituatie ondergrond en drainzand Nulsituatie grondwater Nulsituatie kleikern Monitoring milieukundige aspecten CONCLUSIES AANBEVELINGEN LITERATUUR BIJLAGEN...83 Proefophoging A5 4

5 Samenvatting Voor de stimulering van de toepassing van producten uit baggerspecie is van gerijpte klei uit baggerspecie in juli en augustus 2001 een proefophoging aangelegd. De klei was afkomstig van het baggerverwerkingsdepot op het depot Nauerna, waar de baggerspecie vanaf begin 1998 heeft kunnen rijpen. De klei is toegepast als constructief ophoogmateriaal met een hoogte van 4 meter in een wegconstructie. Deze maakt onderdeel uit van de onderbouw van de aansluiting van de toekomstige autosnelweg A5 op de A4 nabij Schiphol. Op basis van het civieltechnische geschiktheidsonderzoek uitgevoerd in de eerste maanden van 2001 is geconcludeerd dat de klei toepasbaar is als constructief ophoogmateriaal. Op basis van de laboratoriumresultaten is een ontwerp opgesteld en zijn diverse prognoses gedaan ten aanzien van klink, stabiliteit en stijfheid. Daarnaast is voor de aanleg van de proefophoging een toetsing uitgevoerd naar de begaanbaarheid van de klei voor grondverzetmachines. Uit deze toetsing bleek dat het materiaal goed begaanbaar, verwerkbaar en verdichtbaar was. Vooruitlopend op een vrijstellingsregeling betreffende de immissie van sulfaat en fluoride bij toepassing van grond en baggerspecie is in overleg met VROM, het SKB (Stichting Kennisontwikkeling Bodem) en de gemeente Haarlemmermeer overeengekomen de klei als categorie 1 bouwstof toe te passen. Met het bevoegd gezag (gemeente Haarlemmermeer) is overeengekomen deze afwijking van het Bouwstoffenbesluit te monitoren tot twee jaar na aanleg. Tijdens de aanleg van de proefophoging zijn diverse eigenschappen (waaronder watergehalte en verdichtingsgraad) van de klei bepaald ter controle op de kwaliteit van de aangevoerde klei en de effectiviteit van de verwerking van de klei in de proefophoging. Ook na het gereed komen van de proefophoging zijn diverse eigenschappen van de klei vastgelegd. Daarnaast heeft gedurende een jaar naar aanleg een monitoring plaatsgevonden om het gedrag van de totale ophoging vast te leggen. De monitoring leverde op dat de klink van de klei (0.11 meter) veel minder was dan in de ontwerpfase was verwacht (0.60 meter). Daarnaast is door toepassing van een tijdelijke overhoogte bovenop de kleikern de verwachting dat de klink in de gebruiksfase minimaal zal zijn (minder dan enige centimeters). De stijfheid van de kleikern bedraagt meer dan 100 MPa hetgeen vergelijkbaar is met een ophoging bestaande uit zand. Geconcludeerd kan worden dat, mits voldaan wordt aan bepaalde randvoorwaarden, gerijpte klei uit baggerspecie geschikt is om als constructief ophoogmateriaal toe te passen. De proefophoging A5 voldoet aan alle voorwaarden betreffende klink, stabiliteit en stijfheid. Proefophoging A5 5

6 Proefophoging A5 6

7 1 Algemeen Inleiding Voor de stimulering van de toepassing van producten uit baggerspecie is van gerijpte klei uit baggerspecie in juli en augustustus 2001 een proefophoging aangelegd. De klei is toegepast als constructief ophoogmateriaal met een hoogte van 4 meter in de wegconstructie die onderdeel uitmaakt van de onderbouw van de aansluiting van de toekomstige autosnelweg A5 op de A4 nabij Schiphol (figuur 1.1). De proefophoging ligt aan de oostelijke zijde langs de autosnelweg A4 Den Haag Amsterdam nabij de afslag Hoofddorp/Aalsmeer en is onderdeel van de terp voor de fly-over over de A4. Deze fly-over vormt vanuit zuidelijke richting de verbinding tussen de A4 en de A5. Figuur 1.1: Locatie proefophoging: oostzijde A4 Den Haag richting Amsterdam De in de ophoging toegepaste baggerspecie is afkomstig uit het depot Nauerna waar deze vanaf 1997 en 1998 heeft kunnen rijpen. In de ophoging is ca m 3 baggerspecie verwerkt over een lengte van ca. 125 meter. De totale ophoging heeft in de gebruiksituatie een hoogte van gemiddeld 5.5 meter, waarvan de onderste 4 meter bestaat uit de aangebrachte klei. Tijdens de aanleg van de proefophoging zijn diverse eigenschappen (waaronder watergehalte en verdichtingsgraad) van de klei bepaald ter controle op de kwaliteit van de aangevoerde klei en de effectiviteit van de verwerking van de klei in de proefophoging. Ook na het gereed komen van de proefophoging zijn diverse eigenschappen van de klei vastgelegd. Daarnaast zijn voor de monitoring van het gedrag van de totale ophoging diverse meetinstrumenten in de ophoging aangebracht. Deze monitoring is doorgezet tot ca. 1.5 jaar na de start van de aanleg van de proefophoging. Proefophoging A5 7

8 1.2 Doelstelling De toepassing van gerijpte baggerspecie als constructief ophoogmateriaal kan een nuttige en economisch aantrekkelijke toepassing zijn voor materiaal dat over het algemeen alleen toegepast wordt in niet-constructieve ophogingen of zelfs afgevoerd wordt naar depots. Dit leidt tot de hoofddoelstelling van de aanleg van de proefophoging A5: nagaan of gerijpte baggerspecie toegepast kan worden als constructief ophoogmateriaal in een wegconstructie in relatie tot de eisen die hierop van toepassing zijn. De ophoging moet voldoen aan stringente eisen wat betreft draagvermogen, stabiliteit en vervormingen bij een belangrijke bovenbelasting ook op lange termijn. Op basis van de hoofddoelstelling zijn de specifieke doelstellingen van de proefophoging vastgesteld: 1 de gecontroleerde aanleg van een constructieve ophoging met gerijpte klei uit baggerspecie die ook op lange termijn zijn functie behoudt; 2 het uitvoeren van onderzoek ter optimalisatie van ontwerp, aanleg en onderhoud en het opstellen van aanbevelingen voor toepassing bij andere werken; 3 evaluatie van ervaringen bij ontwerp, aanleg en onderhoud en het opstellen van aanbevelingen voor toepassing bij andere werken. De doelstelling van dit rapport is het beschrijven van alle activiteiten, bevindingen en meetresultaten die zijn verricht tijdens de voorbereiding, aanleg en monitoring van de proefophoging A5 met klei uit baggerspecie. Het rapport is afgesloten met een evaluatie, conclusies en aanbevelingen. 1.3 Achtergrond Als gevolg van onderhoud- en saneringswerken komt in Nederland de komende jaren naar schatting jaarlijks 15 miljoen ton droge stof aan baggerspecie vrij. Het grootste deel van deze specie is zout en wordt afgevoerd naar zee. In de Beleidsnota Verwijdering Baggerspecie (BVB) en de Evaluatie Nota Water (ENW) is aangekondigd dat na het jaar 2000 tenminste 20% van het aanbod aan verontreinigde baggerspecie (klassen 2/3/4) moet worden verwerkt en/of nuttig moet worden toegepast. Van deze hoeveelheid baggerspecie komt 1 á 2 miljoen ton klei per jaar [lit. 1] in aanmerking als alternatief voor het gebruik van ophoogzand. Projecten waarbij grote hoeveelheden grond/baggerspecie vrijkomen zijn onderhoudsbaggerwerken, grondverzet in den droge of in den natte (baggerwerken, tunnelbouwactiviteiten). Afhankelijk van de samenstelling van de baggerspecie zal sprake zijn van zand, klei- of veenhoudende grond. Zand kan zonder problemen toegepast worden als ophoogmateriaal. Veenhoudende grond is niet toepasbaar als alternatief voor zand. Dit materiaal zal misschien toepasbaar zijn in niet-constructieve ophogingen als geluidswallen, terreinen en landscaping. Klei uit baggerspecie kan na rijping toepasbaar zijn als constructief ophoogmateriaal. Onder rijping wordt verstaan een proces van irreversibele indroging waarbij de materiaaleigenschappen van de baggerspecie veranderen. Na rijping ontstaat klei (grond) uit baggerspecie. De belangrijkste overweging om klei uit baggerspecie als constructief ophoogmateriaal toe te passen is om de schaarse depotruimte niet te belasten met licht verontreinigde baggerspecie die na rijping als BSB categorie 1 (klei) grond kan worden toegepast. Daarnaast is er veel aanbod van baggerspecie die tot klei kan worden gerijpt. De kleimarkt is echter maar beperkt. Proefophoging A5 8

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

10 Proefophoging A5 10

11 2 Voorbereiding Overzicht In dit hoofdstuk worden de voorbereidende werkzaamheden beschreven. De in de proefophoging A5 toegepaste baggerspecie is afkomstig uit de rijpingsvelden op het depot Nauerna. Paragraaf 2.2 geeft een korte beschrijving van de herkomst en rijping van het materiaal. Tijdens de voorbereiding zijn diverse civieltechnische onderzoeken uitgevoerd op monsters genomen uit de rijpingsvelden. Paragraaf 2.3 bevat de resultaten en conclusies ten aanzien van de civieltechnische onderzoeken, die in twee fasen zijn uitgevoerd. In de eerste fase (januari en februari 2001) is een verkennend onderzoek uitgevoerd waarbij een aantal classificatieparameters is bepaald. Op basis van dit onderzoek is geconcludeerd dat het zinvol was om nader onderzoek (fase 2) uit te voeren om de ontwerpfase in te gaan. In deze fase (mei en juni 2001) zijn de sterkte- en vervormingsparameters bepaald van de baggerspecie bij verschillende watergehaltes cq. consistentie-indices. Op basis van deze gegevens is het ontwerp van de proefophoging opgesteld (zie hoofdstuk 3). Paragraaf 2.4 sluit het hoofdstuk af met de conclusies. 2.2 Herkomst baggerspecie De gerijpte klei uit baggerspecie is afkomstig uit het depot Nauerna. Dit depot ligt aan de noordzijde van het Noordzeekanaal ca. 5 kilometer ten westen van Zaandam (figuur 2.1) en is eigendom van de N.V. Afvalzorg. N.V. Afvalzorg is actief op het gebied van de eindverwerking van afval en eigendom van de provincie Noord-Holland. Het depot Nauerna wordt geëxploiteerd en beheerd door Afvalzorg Deponie B.V., één van de vier divisies van de N.V. Afvalzorg. Figuur 2.1: Depot Nauerna Een andere divisie van de N.V. Afvalzorg is Afvalzorg Grondstromen B.V. B.V. Baggerzorg (samenwerkingsverband tussen waterschappen in Noord Holland en de N.V. Afvalzorg) maakt onderdeel uit van deze divisie en is leverancier van de gerijpte baggerspecie. Baggerzorg verwerkt baggerspecie, die vrijkomt tijdens onderhoudsbaggerwerk in Noord-Holland. Daarvoor beschikt Baggerzorg over baggerverwerkingsdepots op de locatie Nauerna. De baggerspecie die verwerkt is in de proefophoging is afkomstig uit het riviertje de Zaan. Hier heeft eind 1997 en begin 1998 onderhoudsbaggerwerk plaatsgevonden. De gebaggerde specie ( m 3 ) is afgevoerd naar de rijpingsvelden op het depot Nauerna. Van deze specie is ca m 3 gestort in zes rijpingsvelden met een totaal oppervlak van ca. 12 ha (figuur 2.2). Het droge stof gehalte bedroeg op dat moment ca. 30%. Dit is vergelijkbaar met een watergehalte van ca. 200%. Proefophoging A5 11

12 In eerste instantie is de baggerspecie in lagen van 1 tot 1.5 meter aangebracht bovenop een laag drainagezand van 0.30 meter. In de zomer van 1998 is actief begonnen met het bevorderen van het rijpingsproces. Eerst zijn greppels gegraven om de afvoer van water te bevorderen. Daarna is de specie in 4 tot 5 keer in ruggen opgezet tot een hoogte van ca. vijf meter. In 1999 was een droge stof gehalte bereikt van 50 tot 60%. Dit komt overeen met een watergehalte van 70 tot 100%. Uit ervaring opgedaan bij eerdere rijpingsprocessen in de rijpingsvelden is gebleken dat een droge stof gehalte van 50 tot 60% het maximaal haalbare is. Hierbij dient opgemerkt te worden dat bij andere projecten met gerijpte baggerspecie (Slufter, Moerdijk) de rijping geleid heeft tot hogere droge stofgehaltes. Na 1999 zijn geen intensieve bewerkingen op de baggerspecie in de rijpingsvelden uitgevoerd. Figuur 2.2: Rijpingsveld 2.3 Civieltechnisch onderzoek Het civieltechnisch onderzoek op de gerijpte baggerspecie, zoals dat aanwezig was in de rijpingsvelden, is uitgevoerd in twee fases. Tijdens de eerste fase is alleen een aantal classificatieparameters bepaald om een eerste inzicht te krijgen in de samenstelling en het watergehalte van de klei (paragraaf 2.3.1). Dit onderzoek is uitgevoerd in januari en februari 2001 [lit. 2 & 3]. Dit onderzoek is deels uitgevoerd door de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde en deels door KOAC-WMD. In mei en juni 2001 is tijdens de tweede fase een uitgebreid laboratoriumonderzoek [lit. 4] uitgevoerd waarbij aan de hand van triaxiaal- en samendrukkingsproeven de sterkte- en vervormingeigenschappen van de klei zijn bepaald bij verschillende watergehaltes cq. consistentie-indices (paragraaf 2.3.2). Dit onderzoek is uitgevoerd door Fugro. In paragraaf zijn de resultaten uit fase 1 en 2 samengevat Fase 1 Op 18 en 19 januari 2001 zijn monsters genomen van de gerijpte baggerspecie uit de rijpingsvelden door Baggerzorg. Hiervoor zijn 10 boringen geplaatst tot een diepte van 3 meter. Elke halve meter is een monster genomen. Van alle monsters zijn het watergehalte, gloeiverlies, organisch stof gehalte, lutum-, silt en zandgehalte bepaald. Het kalkgehalte is alleen bepaald van de monsters die beproefd zijn in het laboratorium van de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde. De monsters genomen uit boring 1 t/m 4 zijn beproefd door de afdeling IL van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde. De monsters van boring 5 t/m 10 zijn onderzocht door KOAC-WMD. De resultaten van het onderzoek zijn bijgevoegd in bijlage I en samengevat in tabel 2.3. Op basis van de korrelverdeling kan de gerijpte baggerspecie volgens NEN 5104 [lit. 5] gezien worden als KLEI, sterk zandig, matig humeus en kalkrijk. Proefophoging A5 12

13 Eigenschap Minimum Gemiddelde Maximum Eenheid Aantal Korrelverdeling D µm 4 < 2 µm % 60 < 63 µm % 36 > 63 µm % 36 Samenstelling Watergehalte % 60 Gloeiverlies % 60 Organisch % 60 stofgehalte Kalkgehalte % 24 Tabel 2.3: Laboratoriumresultaten klei in rijpingsvelden (januari 2001) Over de diepte variëren de verschillende eigenschappen, behoudens het watergehalte, minimaal. Bij de meeste boringen is het watergehalte aan het oppervlak het laagst (figuur 2.3). Oorzaak is dat vanaf 1998 geen actieve bewerkingen hebben plaats gevonden, waardoor het oppervlak kon uitdrogen. 0.0 Watergehalte [%] Figuur 2.3: Watergehalte als functie van diepte t.o.v. bovenkant baggerspecie Bij één boring is het watergehalte aan het oppervlak hoger dan in de dieper gelegen baggerspecie (figuur 2.3: paarse lijn). Dit kan verklaard worden doordat het bovenliggende materiaal (eerste meter) kleiïger van aard is dan het diepere materiaal. Het percentage aan deeltjes kleiner dan 2 µm van het bovenliggende materiaal (14.6%) is hoger dan van het dieper gelegen materiaal (7.8%). Over het algemeen houdt kleiachtig materiaal meer vocht vast dan zandig materiaal Fase II Eind april 2001 zijn door Baggerzorg diverse boringen uitgevoerd in de rijpingsvelden waarvan mengmonsters zijn gemaakt. Doelstelling van de proeven was te onderzoeken in hoeverre de sterkte- en vervormingsparameters afhangen van het watergehalte cq. consistentie-index. Ter verificatie van de resultaten uit fase I zijn enige classificatie-eigenschappen bepaald. De proeven zijn uitgevoerd door Fugro. Tevens zijn enige proeven uitgevoerd waarbij de klei gemengd is met kalk. Deze proeven zijn tegelijkertijd uitgevoerd om tijd te winnen in het geval uit de laboratoriumproeven zou blijken dat de klei zonder toevoeging niet zou voldoen als constructief ophoogmateriaal. In de ontwerpfase heeft geen analyse van deze metingen plaatsgevonden. De resultaten van de metingen zijn vastgelegd in [lit. 4]. Proefophoging A5 13

14 In totaal zijn 5 mengmonsters beproefd bij 4 verschillende watergehaltes overeenkomend met een consistentie-index van respectievelijk ongeveer 0.4, 0.5, 0.6 en 0.7 [lit. 4]. De consistentie-index (I c ) is gerelateerd aan het watergehalte ten opzichte van de vloei- en plasticiteitsgrens van de klei: met: w l = vloeigrens (%) w p = plasticiteitsgrens (%) w = watergehalte (%) I c wl w = w w l p De mengmonsters zijn aangemaakt door de monsters te mengen met water tot watergehaltes overeenkomend met de hierboven genoemde consistentie-indices. De monsters zijn verdicht tot een dichtheid van ca. 100% van de één -punts Proctor-dichtheid. De resultaten van de proeven zijn weergegeven in bijlage II. Daarnaast zijn bij variërende consistentie-index één-punts Proctorproeven uitgevoerd, waarmee de verdichtingsgraad is berekend. Voor een betere vergelijking van de resultaten was het beter geweest de verdichtingsgraad te berekenen op basis van de maximale Proctordichtheid. Achtereenvolgens komen de volgende eigenschappen aan bod: classificatie-eigenschappen; sterkteparameters; vervormingsparameters; één-punts Proctorproef. Voor meer gedetailleerde informatie betreffende de analyse van de triaxiaal- en samendrukkingsproeven wordt verwezen naar [lit. 7]. Classificatie-eigenschappen De resultaten van de classificatieproeven zijn vastgelegd in bijlage II. De classificatie-eigenschappen zijn samengevat in tabel 2.4. Uitgangspunt voor de bepaling van de vloei- en plasticiteitsgrens zijn de proeven zoals die beschreven zijn volgens de RAW-eisen. Eigenschap Minimum Gemiddelde Maximum Eenheid Aantal Korrelverdeling D µm 5 < 2 µm % 5 < 63 µm % 5 > 63 µm % 5 Samenstelling Watergehalte % 5 Organisch stofgehalte % 5 Plasticiteitgrenzen Vloeigrens % 5 Plasticiteitsgrens % 5 Plasticiteitindex % 5 Consistentie-index Tabel 2.4: Resultaten classificatieproeven Volgens de in tabel 2.4 vermelde resultaten kan de specie gezien worden als ZAND, uiterst siltig, matig humeus en kalkrijk. Het materiaal voldoet volgens dit onderzoek net aan de eisen voor ophoogzand Proefophoging A5 14

15 (RAW 2000 art ): fractie fijner dan 2 µm ten hoogste 8% en het gehalte aan minerale deeltjes door zeef 63 µm ten hoogste 50%. Op basis van de plasticiteitgrenzen is conform de plasticiteitskaart (ASTM D2478, 1975 [lit. 6]) het materiaal te zien als een organische KLEI met een matig tot hoge plasticiteit, hetgeen overeenkomt met de beschrijving van de klei uit fase I. Sterkte De sterkteparameters zijn bepaald met triaxiaalproeven. Hiermee zijn de cohesie en inwendige wrijvingshoek bepaald die samen de bezwijkomhullende van Mohr vastleggen. Deze omhullende voldoet aan de formule van Coulomb en geldt als het bezwijkcriterium: τ = c + σ n met: τ = schuifspanning bij bezwijken (kpa) c = cohesie (kpa) σ n = normaalspanning (kpa) ϕ = inwendige wrijvingshoek (graden) De resultaten van de triaxiaalproeven zijn samengevat in bijlage II. De cohesie ligt over het algemeen rond de 1 kpa. De relatie tussen de inwendige wrijvingshoek en de consistentie-index is weergegeven in figuur 2.4. Hieruit blijkt dat de inwendige wrijvingshoek niet of nauwelijks afhangt van de consistentieindex. tan ϕ Consistentie index [-] Figuur 2.4: Relatie inwendige wrijvingshoek en consistentie-index Vervormingsparameters De vervormingsparameters zijn bepaald door de uitvoering van samendrukkingsproeven. Op basis van de resultaten van deze proeven worden de samendrukkingsconstantes (C) en consolidatie coëfficiënt (c v ) bepaald. De samendrukkingsconstantes zijn een maat voor de zetting die de grond ondervindt als gevolg van een bepaalde belasting. Hierbij wordt onderscheid gemaakt in primaire (C p ) en secundaire (C s ) samendrukkingsconstantes. De eerste constante (C p ) is een maat voor de samendrukking die ontstaat door het uitpersen van water. De tweede (C s ) is afhankelijk van de mate van heroriëntatie van de kleideeltjes, ook wel kruip genoemd. De consolidatie coëfficiënt (c v ) is een maat voor snelheid van de zetting. Daarnaast wordt onderscheid gemaakt tussen de samendrukkingsconstantes onder en boven de zogenaamde grenspanning (C respectievelijk C ). Als de totale belasting op een grondlaag lager is dan de grensspanning vertoont de grond over het algemeen minder zetting dan wanneer de totale belasting de grensspanning overschrijdt. Proefophoging A5 15

16 De sterkte- en vervormingeigenschappen zijn bepaald bij verschillende consistentie-indices. In totaal zijn 5 mengmonsters beproef bij 4 verschillende watergehaltes overeenkomend met een consistentie-index van respectievelijk ongeveer 0.4, 0.5, 0.6 en 0.7 [lit. 4]. In figuur 2.5 zijn de samendrukbaarheid na de grensspanning (C ) en de consolidatie coëfficiënt (c v ) als functie van de consistentie-index weergegeven. Ook hieruit blijkt weer dat deze parameters min of meer onafhankelijk zijn van de consistentie-index en daarmee het watergehalte E E Consistentie index [-] 1.0E Consistentie index [-] Figuur 2.5: Relatie samendrukbaarheid en consolidatie coëfficiënt met consistentie-index 40 Grensspanning [kpa] ,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 Consistentie index [-] Figuur 2.6: Relatie grensspanning met consistentie-index In figuur 2.6 is de grensspanning weergegeven als functie van de consistentie-index. Verwacht werd dat de grensspanning toe zou nemen als functie van de consistentie-index. Uit figuur 2.6 blijkt dit verband niet van toepassing te zijn. Één-punts Proctordichtheid De resultaten van de één-punts Proctordichtheid proeven zijn bijgevoegd in bijlage II. Figuur 2.6 geeft de relatie tussen de bereikte droge dichtheid en het watergehalte. De verschillende monsters geven hetzelfde verband tussen dichtheid en watergehalte te zien. Daarnaast is er geen sprake van een maximale droge dichtheid bij een optimaal watergehalte, binnen de geteste range van watergehalten. De verzadigingsgraad van de monsters in de één-punts Proctorproeven blijkt gemiddeld 93% te bedragen. Proefophoging A5 16

17 1350 Droge dichtheid [kg/m3] S-lijn Watergehalte [%] Figuur 2.6: Relatie Proctordichtheid en watergehalte incl. S-lijn 1 Algemeen De onderzochte sterkte- en vervormingseigenschappen zijn min of meer onafhankelijk van de consistentie-index en daarmee het watergehalte. Dit is in overeenstemming met de veronderstelling dat deze eigenschappen alleen afhankelijk zijn van de aard en verdichtingsgraad van met materiaal. Gezien het feit dat bovenstaande eigenschappen bij dit materiaal niet of nauwelijks blijken af te hangen van de consistentie-index zijn van de verschillende proeven de gemiddelde waarden bepaald. Een overzicht van deze gegevens is weergegeven in tabel 2.6. Eigenschap Minimum Gemiddelde Maximum Eenheid Aantal Sterkte-eigenschappen cohesie kpa 20 ϕ Graden 20 Vervormingeigenschappen C p C s C P g kpa 20 C p C s C c v (60 kpa) m 2 /s 20 m v (60 kpa) m 2 /kn 20 k (60 kpa) m/s 20 Tabel 2.6: Sterkte- en vervormingeigenschappen Volgens NEN 6740 [lit. 8] komt de gerijpte baggerspecie wat betreft de sterkte-eigenschappen (cohesie en inwendige wrijvingshoek) overeen met sterk zandige KLEI. Gezien de vervormingeigenschappen en de dichtheid van de baggerspecie komt het materiaal overeen met zwak zandige, matig gepakte tot slappe KLEI (NEN 6740) Samenvatting In tabel 2.7 zijn de resultaten uit fase I en II van de civieltechnische onderzoeken samengevat. Ondanks het feit dat volgens de korrelverdeling, zoals deze bepaald is in fase II, het materiaal gezien kan worden 1 Dichtheid in droge toestand bij een verzadigingsgraad van 100% Proefophoging A5 17

18 als ZAND is gezien de resultaten uit fase I en de sterkte- en vervormingseigenschappen (fase II) de benaming KLEI op dit materiaal van toepassing. Eigenschap Fase I Fase II Eenheid Korrelverdeling D µm < 2 µm % < 63 µm % > 63 µm % Samenstelling Watergehalte % Org. Stofgehalte % Kalkgehalte % Plasticiteitgrenzen Vloeigrens % Plasticiteitsgrens % Plasticiteitindex % Consistentie-index Sterkte-eigenschappen Verdichtingsgraad - 99 % Cohesie kpa Inwendige wrijvingshoek Graden Vervormingeigenschappen Verdichtingsgraad % Grensspanning - 30 KPa Samendrukbaarheidconstante primair secundair Consolidatie coëfficiënt m 2 /s Samendrukbaarheid m 2 /kn Doorlatendheid m/s Tabel 2.7: Samenvatting eigenschappen gerijpte klei uit baggerspecie rijpingsvelden Figuur 2.7: Weergave korrelverdeling (gele gebied) in zand-, silt- en kleidriehoek Proefophoging A5 18

19 2.4 Conclusie De gerijpte baggerspecie bestaat uit KLEI, sterk zandig, matig humeus, kalkrijk met een medium tot hoge plasticiteit. Op basis van de resultaten uit fase I is geconcludeerd dat de eigenschappen van de gerijpte baggerspecie uit de rijpingsvelden zodanig waren dat het zinvol was om de ontwerpfase in te gaan. Hiertoe zijn in fase II diverse additionele onderzoeken uitgevoerd waarbij naast de korrelverdeling ook de plasticiteitsgrenzen en sterkte- en vervormingsparameters zijn bepaald. Proefophoging A5 19

20 Proefophoging A5 20

21 3 Ontwerp In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de eisen die aan wegconstructies worden gesteld en welke constructieve, uitvoerings- en materiaaleisen daarvan zijn afgeleid voor de toepassing van klei als constructief ophoogmateriaal. (paragraaf 3.1). Daarnaast kunnen ook enige specifieke ontwerpeisen een rol spelen (paragraaf 3.2). Milieukundige eisen komen aan de orde in paragraaf 3.3. Deze eisen hebben geleid tot een ontwerp van de proefophoging. De achtergronden worden toegelicht in paragraaf 3.4. Paragraaf 3.5 bevat een uitéénzetting betreffende de prognoses ten aanzien van het gedrag van de proefophoging. Conclusies volgen in paragraaf Civieltechnische eisen In de civiele techniek kan een aantal toepassingsmogelijkheden voor klei uit baggerspecie worden onderscheiden: wegenbouw, aanleg van dijken, stortplaatsen, geluidswallen, terreinophoging en landscaping [lit. 6]. De proefophoging maakt onderdeel uit van de onderbouw van een snelweg. De klei is toegepast als constructie-onderdeel CO: constructieve ophoging in wegen (figuur 3.1). Hierbij wordt een ophoging bedoeld voor locaties met een belangrijke bovenbelasting met stringente eisen aan draagvermogen, vervormingen en stabiliteit. Figuur 3.1: Onderscheid constructie-onderdelen D = deklaag CF = wegfundering CB = belastingspreidende laag CO = constructieve ophoging Door DWW is de systematiek structuur in eisen ontwikkeld [lit. 7], die is bedoeld om duidelijkheid te scheppen in de onderlinge samenhang van eisen aan wegen. Vaak wordt de structuur in eisen samengevat in een eisenpiramide (figuur 3.2). De top van de piramide bevat een beperkt aantal algemene eisen, die vaak moeilijk meetbaar zijn. Naar beneden in de piramide worden de eisen gedetailleerder en beter meetbaar, maar ook meer specifiek voor bepaalde materialen of constructies. De relaties tussen de eisen op verschillende niveaus kunnen worden uitgedrukt in een gebeurtenissenboom, die naar beneden steeds verder vertakt. In paragraaf wordt achtereenvolgens ingegaan op de gebruikers- en prestatie-eisen die aan een wegconstructie gesteld worden. De daaruit voortvloeiende constructie-, uitvoerings-, en materiaaleisen aan de klei worden besproken in paragraaf Proefophoging A5 21

22 Figuur 3.2: Eisenpiramide Gebruikers- en prestatie-eisen De te stellen eisen aan een ophoging waarin (gerijpte) klei wordt toegepast hebben voornamelijk betrekking op de uiteindelijke constructie (weg) die er op gebouwd wordt. Gebruikerseisen zijn eisen die door de wegbeheerder aan een weg worden gesteld [lit. 7]. Hieronder vallen eisen als: de weg moet een zeker comfort bezitten; de weg moet veilig zijn; de weg moet bereikbaar zijn. Deze gebruikerseisen zijn vertaald naar prestatie-eisen. Dit zijn eisen aan de prestatie die de weg moet leveren. Deze zijn vertaald naar specifieke en meetbare technische termen als langsvlakheid, dwarsvlakheid en standzekerheid [lit. 7]. De eisen aan langsvlakheid betreffen eisen aan het maximale hoogteverschil dat mag optreden over een bepaalde afstand en het verschil in langshelling. Wat betreft dwarsvlakheid worden eisen gesteld aan de minimale en maximale dwarshelling en spoordieptes. Daarnaast bepaalt de faalkans op bezwijken de standzekerheid van de ophoging Eisen klei De prestatie-eisen die worden gesteld aan de langsvlakheid, dwarsvlakheid en standzekerheid zijn vertaald naar constructie-, materiaal en uitvoeringseisen: constructie-eisen: dit zijn eisen aan de constructie als geheel of aan onderdelen van de constructie (verharding, ballastbed, aardebaan). De eisen zijn niet afhankelijk van de materiaalkeuze; materiaaleisen: dit zijn eisen die aan het geroerde materiaal worden gesteld op het moment van uitvoering. Deze eisen zijn afhankelijk van de materiaalkeuze; uitvoeringseisen: dit betreffen eisen aan de eigenschappen van het ongeroerde materiaal zoals dat in de constructie voorkomt. De eisen zijn ook afhankelijk van de materiaalkeuze. Proefophoging A5 22

23 In [lit. 7] is het verband gegeven tussen de verschillende prestatie-eisen en constructie-, materiaal-, en uitvoeringseisen. Daarnaast zijn volgens [lit. 6] nog een aantal materiaaleisen van belang. De maatgevende eisen zijn samengevat in tabel 3.1. Type eis Parameter Eis Constructieeis zettinggedrag ondergrond dient een homogeen zettinggedrag te vertonen klink vormgeving maximale klink afhankelijk van langshelling- en dwarshellingeisen dekking klei buiten druklijnen dient minimaal 1 meter te bedragen onderkant klei boven het gemiddeld hoogste grondwaterpeil te liggen bovenkant klei beneden vorstindringingsdiepte (0.60 MV) E-modulus constructie gemeten aan bovenkant ophoging: groter dan 100 MPa stabiliteit veiligheidsfactor tijdens aanleg volgens NEN veiligheidsfactor in gebruiksfase volgens NEN Materiaaleis consistentie-index minimaal 0.70 en maximaal 1.0 aard materiaal materiaal dient homogeen te zijn en geen grove delen te bevatten organisch stof maximaal 5% gehalte Uitvoeringse E-modulus klei gemeten aan bovenkant klei groter dan 30 MPa is verdichtingsgraad minimaal 97% t.o.v. één-punts Proctordichtheid bij insitu watergehalte Tabel 3.1: Maatgevende constructie-, uitvoerings- en materiaaleisen [lit. 6 en 7]. De in tabel 3.1 weergegeven eisen zijn van toepassing voor de totale wegconstructie. Dit levert de belangrijkste eisen op die dit moment een leidraad vormen voor de toepassing van klei uit baggerspecie als constructieve ophoging in wegen (constructie-onderdeel CO). Deze eisen zijn van toepassing uitgaande van taludhellingen van 1:2 á 1:3 en een maximale ophoging van ca. 4 meter in verband met het evenwichtsdraagvermogen. Dit wil niet zeggen dat hogere ophogingen niet mogelijk zijn, echter dan zal een hogere consistentie-index dan wel sterkte benodigd zijn. Over het algemeen kan gesteld worden dat indien voldaan wordt aan de materiaal- en uitvoeringseisen ook wordt voldaan aan de constructie-eisen wat betreft klink, E-modulus en stabiliteit. Tevens is bij de gestelde consistentie-index de klei verwerkbaar. Mocht het materiaal niet voldoen aan de eis ten aanzien van het organisch stof gehalte en of consistentie-index dan is het nog steeds mogelijk dit materiaal toe te passen. Wel is dan extra onderzoek noodzakelijk ten aanzien van de sterkte- en samendrukkingseigenschappen. Daarnaast kunnen door aanpassing van de vormgeving van de ophoging de gevolgen van het niet voldoen aan de eis voor het organisch stof gehalte en of consistentie-index en de daarmee gepaarde gaande consequenties betreffende klink, stabiliteit en E- modulus beheerst worden. Een aantal eisen zijn hieronder uitgewerkt [lit. 6] beginnende vanaf de materiaaleisen: Consistentie-index De consistentie-index (I C ) geeft een indicatie van de geroerde ongedraineerde schuifsterkte en is daarmee een maat voor de verwerkbaarheid van de klei (figuur 3.3). Bij een watergehalte dat gelijk is aan de vloeigrens van de klei (I C = 0) is de schuifsterkte ca. 1 tot 5 kpa. Is het watergehalte afgenomen tot de plasticiteitsgrens van de klei (I C = 1) dan is de schuifsterkte toegenomen tot ca kpa. Proefophoging A5 23

24 Uit buitenlandse ervaringen, ervaringen met Nederlandse kleidijken en ervaring opgedaan met een aantal proefophogingen is gebleken dat de verwerkbaarheid van de klei vastgesteld kan worden met de consistentie-index. Een goede verwerkbaarheid betekent dat het aan te brengen kleilichaam begaanbaar is voor normaal materieel, zoals bijvoorbeeld bulldozers of scrapers en dat het materiaal goed te verdichten is. De verwerkbaarheid is afhankelijk van het watergehalte van de klei. Het materiaal mag niet te droog te zijn (kleibrokken verdichten niet), maar ook niet te nat (kleilichaam is niet begaanbaar). Gewoonlijk wordt de verwerkbaarheid van klei in de praktijk in verband gebracht met de consistentieindex. Deze moet tijdens het aanbrengen van de klei liggen tussen 0.6 en 1.0. Figuur 3.3: Geroerde schuifsterkte versus consistentie-index E-modulus Het vormveranderingsdraagvermogen is afhankelijk van de E-modulus en is het vermogen van een lichaam om zonder excessieve vervormingen de maatgevende belasting te ondergaan. Deze is afhankelijk van de stijfheid en de schuifsterkte van de ondergrond. In de praktijk blijkt dat een minimale consistentie-index van 0.7 voldoende is om tot een redelijke dimensionering van het wegontwerp te komen [lit. 7]. Stabiliteit De belasting waarbij geen instabiliteit van de constructie optreedt, is het evenwichtsdraagvermogen. Dit wordt bepaald door de sterkte van de klei, die met name afhankelijk is van het vochtgehalte en Proefophoging A5 24

25 gedeeltelijk de verdichtingsgraad. Uit de praktijk blijkt dat bij ophogingen tot ca. 4 meter hoogte aan het evenwichtsdraagvermogen wordt voldaan wanneer de consistentie-index groter is dan 0.7 [lit. 6]. Daarnaast dient de verdichtingsgraad voldoende te zijn om verweking en daarmee sterkteverlies op termijn te voorkomen. Klink/zwel De volumevastheid van een ophoging in klei is sterk afhankelijk van het vochtgehalte. Klink door consolidatie kan optreden bij een te lage consistentie. Een te hoge consistentie kan zwel veroorzaken. Over het algemeen keert het materiaal naar een natuurlijk evenwicht (I c = 0.6 á 0.7). Daarnaast heeft ook het organisch stof gehalte invloed op de volumevastheid doordat door biologische afbraak in de constructie het volume van het organisch stof afneemt en daarmee additionele klink veroorzaakt. Dit laatste is alleen van toepassing voor constructie-onderdelen die blootstaan aan de lucht. Vormgeving Het doel van de gestelde vormgevingseisen is de invloed van de externe factoren op het gedrag van de klei te beperken. Indien klei niet voldoet aan de gedefinieerde materiaaleisen is het mogelijk door aanpassing van de vormgeving het toch mogelijk te maken de klei toe te passen en te voldoen aan de gestelde constructie-eisen. De eis met betrekking tot de dekking van de klei buiten de druklijnen onder de weg (minimaal 1 meter) voorkomt krimp en zwel door weersinvloeden, alsmede afbraak van organisch materiaal door blootstelling aan zuurstof uit de lucht. Daarnaast heeft de eis met betrekking tot de grondwaterstand als doel verweking van de klei te voorkomen door continue verzadiging. De maatgevende periode is gelijk aan de levensduur van de weg. De zetting van de ondergrond is bepalend of de ligging van de onderkant van de klei gedurende de gebruiksfase verandert. Tenslotte is de eis met betrekking tot de vorstindringingsdiepte gesteld vanwege de vorstgevoeligheid van klei. Dit houdt in dat bij bevriezing grote heffingen optreden. De vorstbestendigheid is voldoende. Dit houdt in dat de eigenschappen van de korrels door bevriezing niet veranderen. 3.2 Specifieke ontwerpeisen In [lit. 7] is een aantal situaties beschreven waardoor het mogelijk is dat niet wordt voldaan aan één van de constructie-eisen. Tevens wordt aangegeven wat de noodzakelijke ontwerpaanpassingen ten opzichte van de standaardconstructie dienen te zijn zodat wel wordt voldaan aan de constructie-eisen. Hieronder is een samenvatting gegeven van belangrijke extern invloeden die aanleiding kunnen geven tot ontwerpaanpassingen: Aanwezigheid sloten Over het algemeen zullen sloten met zand worden gedempt. Mocht dit reden geven tot niet gewenste zettingsverschillen dan zijn de volgende maatregelen mogelijk ter reductie van de zettingsverschillen in de gebruiksfase: sloten opvullen met lichter materiaal of gebiedseigen materiaal; toepassing tijdelijke overhoogte ter plaatse van sloot; talud sloot afgraven tot 1:10: hiermee is de zetting over grotere afstand uit te spreiden. Proefophoging A5 25

26 Optreden van zetting van de ondergrond Door zetting van de ondergrond kan de onderkant van de klei op lange termijn onder het niveau van het gemiddeld hoogste grondwaterpeil zakken, rekening houdend met opbolling van het waterpeil. Maatregelen om dit te voorkomen zijn de klei hoger aan te leggen door toepassing van een dikkere zandlaag tussen grondwater en de klei. Daarnaast kan gedacht worden aan de toepassing van drains om de opbolling van het grondwater te verkleinen. In de ontwerpfase zal aan de hand van zettingsberekeningen van de ondergrond de hoogte van de onderkant van de klei bepaald dienen te worden. 3.3 Ontwerp proefophoging In figuur 3.5 is het ontwerp gegeven van een representatieve dwarsdoorsnede van de proefophoging [lit. 7]. Het ontwerp voldoet gedeeltelijk aan de in tabel 3.1 beschreven constructie-, uitvoerings- en materiaaleisen. In tabel 3.3 is aangegeven op welke wijze aan de verschillende eisen is voldaan of voldaan zal worden. Bij het niet voldoen aan één van de eisen is aangegeven welke aanvullende maatregelen zijn genomen. Figuur 3.5: Ontwerp proefophoging Proefophoging A5 26

27 Type eis Parameter Ontwerp Constructie-eis zettinggedrag geen sloten aanwezig: verwachting zettinggedrag homogeen klink vormgeving klink na verwijderen tijdelijke overhoogte maximaal 0.11 meter: dimensionering overgangshelling op basis van 0.15 meter 2 dekking klei buiten druklijnen bedraag ca. 1.5 meter gemiddelde grondwaterstand ligt ca. 2 meter beneden onderkant klei afdekkende laag minimaal 1.5 meter dik E-modulus constructie dikte zand onder verhardingsconstructie: 1 meter stabiliteit 3 tijdens aanleg: voldoende op basis van ingenieursgevoel gebruiksfase: voldoende op basis van ingenieursgevoel Uitvoeringseis E-modulus klei voldoende volgens ingenieursgevoel en ervaring met ophoging bij de Slufter verdichtingsgra controle met proeven ad Materiaaleis consistentieindex te laag op basis van geschiktheidsonderzoek fase I (I c = 0.60) aard materiaal organisch stof gehalte visuele controle op homogeniteit en vuil te hoog op basis van geschiktheidsonderzoek fase I (7.7%) Tabel 3.3: Ontwerp ophoging Het in tabel 3.3 en figuur 3.5 weergegeven ontwerp is hieronder uitgewerkt: Zettinggedrag Ter plaatse van de proefophoging zijn geen sloten die gedempt moeten worden. Er kan dus worden verwacht dat het zettinggedrag van de ondergrond homogeen is. Of de ondergrond ter plaatse van de proefophoging homogeen is, is niet nagegaan. Klink Verwacht wordt dat de kleikern onder invloed van de verhardingsconstructie, zandbed en een extra zandlaag ter compensatie van de zetting een totale klink zal vertonen van 0.56 meter. De dimensionering van de overgangshelling in langsrichting en dwarsrichting [lit. 7] is gebaseerd op een klink na oplevering van de wegconstructie van maximaal 0.15 meter, gemeten over 30 jaar ( dagen). Hierbij is uitgegaan van de toepassing van een tijdelijke overhoogte van 2 meter gedurende een consolidatieperiode van 1 jaar. Deze tijdelijke overhoogte was reeds meegenomen in het ontwerp voor een ophoging uit zand om de restzetting van de ondergrond tot nul te reduceren. Vormgeving De dekking van de klei buiten de druklijnen bedraagt minimaal 1.5 meter, zodat ruimschoots aan de eis van 1 meter wordt voldaan. De gemiddelde grondwaterstand ligt ca. 2 meter beneden de onderkant van de klei. Uit berekeningen door het bouwteam A5 bleek dat de ondergrond na 30 jaar ca meter zetting zou vertonen onder het gewicht van de ophoging en de tijdelijke voorbelasting. Ook op termijn is de afstand tussen het grondwaterpeil en de onderkant van de klei voldoende. De bovenkant van de klei ligt ca. 1.5 meter beneden de bovenkant van de proefophoging: ruim beneden de vorstindringingsdiepte (0.6 meter). 2 Bij een overgangshelling in langsrichting van 1:3.5 en in dwarsrichting van 1:0.64 [lit. 7]. 3 Later nagerekend: ruim voldoende. Proefophoging A5 27

28 E-modulus constructie Op basis van een te bereiken verdichtingsgraad van de kleikern van 97% en een afdekkende zandlaag van minimaal 1 meter dik wordt verwacht dat de E-modulus boven de 100 MPa zal liggen. Stabiliteit Op basis van ingenieursgevoel is verondersteld dat de ophoging bij een taludhelling van 1:2 zowel tijdens de aanleg als in de gebruiksfase voldoende stabiel is. Later zijn berekeningen gemaakt met als resultaat dat de stabiliteit ruim voldoende bleek te zijn. Consistentie-index De consistentie-index van de klei (0.60) leek te laag om deze te kunnen toepassen als constructief ophoogmateriaal. Besloten is om gezien de toenmalige beschikbaarheid van een proeflocatie voor de proefophoging bij de A5 voor aanvang van de bouw van de proefophoging een toetsvak aan te leggen. Het doel van het toetsvak was om na te gaan of de klei bij de huidige consistentie-index verwerkbaar en begaanbaar was voor het materieel benodigd om de klei aan te brengen en te verdichten. Daarnaast is tijdens de aanleg van het toetsvak gecontroleerd of de verdichtingseis haalbaar was. Indien beide doelen niet haalbaar waren, zou de aanleg van de proefophoging niet doorgaan. Aard materiaal De aangevoerde klei dient tijdens de uitvoering visueel gecontroleerd te worden op homogeniteit en het voorkomen van vuil. Organisch stof gehalte Een organisch stof gehalte van 7.7% is, gelet op de materiaaleisen, in principe te hoog om toe te passen in de proefophoging. De vormgevingseis ten aanzien van de dekking van de klei buiten de druklijnen voorkomt dat afbraak van organisch materiaal door blootstelling aan lucht zal plaatsvinden. De verwachting is dus dat bij deze constructie het organisch stof gehalte niet of nauwelijks zal afnemen en daarmee nauwelijks extra klink zal veroorzaken. Op basis van deze veronderstelling is geconcludeerd dat de overschrijding van het maximale organisch stof gehalte (5%) geen of nauwelijks gevolgen zal hebben voor de klink van de constructie door vertering van organisch materiaal en daarmee het materiaal toepasbaar is in een constructieve ophoging. E-modulus klei Op basis van ingenieursgevoel en ervaring met de ophoging bij de Slufter is geconcludeerd de elasticiteitsmodulus van de klei boven de 30 MPa zal liggen. Verdichtingsgraad De verdichtingsgraad dient tijdens de uitvoering per laag gecontroleerd te worden op basis van de droge dichtheid bepaald met de steekringmethode en de maximale Proctor-dichthid bij het in-situ watergehalte. 3.4 Prognose gedrag Belangrijkste civieltechnische prognose is de voorspelling ten aanzien van de klink van de ophoging. Op basis van zettingsberekeningen [lit. 7] wordt verwacht dat de kleikern een klink zal vertonen van 0.56 meter (na 30 jaar). Door toepassing van een tijdelijke overhoogte (2 meter) gedurende een consolidatieperiode van 1 jaar zal de klink in de gebruiksfase maximaal 0.15 meter bedragen. Hierbij is Proefophoging A5 28

29 geen rekening gehouden met additionele klink als gevolg van de relatief lage consistentie-index van het materiaal en het hoge organisch stof gehalte. Wat betreft het organisch stof gehalte is verondersteld dat bij voldoende dekking van de klei buiten de druklijnen (1 meter) de externe invloed van zuurstof op de vertering van organisch materiaal niet of nauwelijks merkbaar is. Met andere woorden: er zal geen of nauwelijks enige afname van het organisch materiaal op treden en daarmee wordt extra klink voorkomen. Daarnaast is de verondersteld dat de dynamische elasticiteitsmodulus van de constructie bij een zandbeddikte van 1 meter en een minimale verdichtingsgraad van 97% minimaal 100 MPa zal bedragen. 3.5 Conclusies Het ontwerp van de proefophoging voldoet aan alle constructie-eisen en daarmee aan alle gestelde prestatie-eisen, ondanks dat de gerijpte baggerspecie niet voldoet aan alle materiaaleisen. Door in het ontwerp van de vormgeving van de ophoging hiermee rekening te houden is toch een ontwerp verkregen die voldoet aan alle constructie-eisen. Op basis van de consistentie-index van de klei (I c = 0.60) is geconcludeerd dat getoetst diende te worden of de klei begaanbaar was voor het materieel om de klei in de ophoging te verwerken. Besloten is om aan de hand van een toetsvak voor aanleg van de proefophoging de begaanbaarheid van de klei na te gaan en daarmee de haalbaarheid van de proefophoging aan te tonen. Daarnaast overschrijdt het organisch stof gehalte van de klei (7.7%) de gestelde eis (5%). Door voldoende dekking van de klei buiten de druklijnen (minimaal 1 meter) wordt verondersteld dat vertering van organisch materiaal door blootstelling aan zuurstof niet of nauwelijks zal optreden en daarmee geen additionele klink zal opleveren. Door toepassing van bovenstaande vormgevingseis lijkt het gerechtvaardigd aan te nemen dat een overschrijding van het maximale organisch stof gehalte geen onoverkomelijke gevolgen heeft voor de klink van de constructie door vertering van organisch materiaal. Op basis van de bepaalde vervormingseigenschappen van de klei zijn de overgangshellingen in langs- en dwarsrichting van de constructie ontworpen, zodanig dat aan de prestatie-eisen voor de langs- en dwarsvlakheid is voldaan. Bij toepassing van een tijdelijke overhoogte wordt de klink van de kleikern in de gebruiksfase geminimaliseerd tot 0.15 meter. Daarnaast is op basis van ingenieursgevoel en later op basis van stabiliteitsberekeningen bepaald dat op basis van de bepaalde sterkte-eigenschappen van de klei de ophoging bij een taludhelling 1:2 zowel tijdens de aanleg als in de gebruiksfase voldoende stabiel is. Proefophoging A5 29