werkdocument Ri postbus }.k 0 rijksdienst voor de ijsselmeerpolders ministerie van verkeer en waterstaat

Transcriptie

1 ministerie van verkeer en waterstaat SIB RIJKSI US werkdocument rijksdienst voor de ijsselmeerpolders EK ' w B. CtRS Krachten op standpijpen van het riool door ing. H. Kamphuis ir. M.A. Viergever januari Cdw r I }.k 0 Ri postbus AP lelystad smedinghuis zuiderwagenplein 2 tel. (03200) telex 40115

2 INHOUD Biz. 1. INLEIDING 2. AANLEG EN INSTRUMENTATIE VAN HET PROEFSTUK 3. PROEFRESULTATEN 4. ZETTINGEN EN ZETTINGSVERSCHILLEN TUSSEN RIOOL EN UITBRENGERS SAMENVATTING EN CONCLUSIES 11 BIJLAGEN 1. Situatie 2. Proefopstelling 3. Zettingsmof 4. Drukdoos met behuizing 5. Meetresultaten le proef 6. Meetresultaten 2e proef 7. Beproeving t-stukken 8. Zettlngsverschillen 59/ /wv

3 1. INLEIDING Tijdens het bouwrijp maken van woongebieden wordt in Flevoland eerst een meter zand opgespoten. Dit wordt zo snel mogelijk daarna gedraineerd. Alvorens met de bouw van woningen wordt gestart vindt het eigenlijke bouwrijp maken plaats. De riolering wordt gelegd en daarna worden bouwstraten in het gebied aangelegd. De riolering wordt veelal onder de bouwstraat aangelegd. In de riolering worden daarom reeds t-stukken opgenomen voorzien van een tijdelijk afgesloten standpijp. In gebieden met veel aansluitingen wordt soms elke vijf meter een t-stuk met standpijp geplaatst. Indien de straat wordt voorzien van een asfaltlaag zal de standpijp bij aanleg al worden voorzien van een t-stuk met uitbrengers. In Flevoland bestaat de ondergrond uit slappe kleilagen, soms humeus, soms zandig en enkele veenlaagjes. Deze lagen zijn samendrukbaar. Daardoor kunnen er zettlngsverschillen ontstaan tussen rioolbuis en de uitbrengers. Om deze zettlngsverschillen op te vangen wordt sinds enige tijd een zettingsmof in de standpijp gemonteerd. Omdat er in Almere regelmatige schade werd geconstateerd aan de t-stukken op de standpijp of aan de verbinding tussen standpijp en riool werd besloten een aantal proeven uit te voeren. Met deze proeven moest worden nagegaan welke krachten er tijdens de aanleg van de straat door het bouwverkeer op een standpijp worden uitgevoerd en welke invloed de schuifmof daarop heeft. Er zijn een tweetal proefjes uitgevoerd in gebied 2.E. te Almere-Stad (zie bijlage 1).

4 2. AANLEG EN INSTRUMENTATIE VAN HET PROEFSTUK Er zijn twee proeven uitgevoerd op een stuk riolering met twee standpi jpen, een met een schuifmof en een zonder schuifmof. Bij de eerste proef is de sleuf aangevuld met klei zoals momenteel te doen gebruikelijk. Bij de tweede proef is de sleuf aangevuld met zand. Het riool is daarvoor opgebouwd uit drie stukken buis 0 0,30m klasse 34 van 5 m lengte. Aan de uiteinden zijn de buizen afgesloten met een deksel, op 5 m vanaf de beide uiteinden is een t-stuk klasse 34 van Nyloplast ingebouwd (zie bijlage 2). Het eerste t-stuk is opgebouwd met een standpijp en daarop een zettingsmof van het type Dijka 125/80. De maximale indrukking die hierbij mogelijk is bedraagt 70 mm. De zettingsmof bestaat uit een buis met inwendige ringen die over de standpijp heenschuift. Volgens metingen in de testbank in opdracht van de afdeling Civieltechnische Werken bedraagt de kracht die nodig is om de standpijp over het begin van de eerste en de volgende ringen heen te drukken + 8 kn en de kracht die nodig is om de standpijp over de rest van de ringen heen te drukken + 4 kn (2ie bijlage 3). Op de zettingsmof is een drukdoos met een bereik van 20 kn gemonteerd (zie bijlage 2 en 4). Aan de onderzijde van de behuizing van de drukdoos is een waterspanningsmeter met een bereik van 100 mm opgehangen. De opnemer hangt in de rioolbuis die voor deze gelegenheid is gevuld met water. Wanneer het schuifstuk wordt ingedrukt zakt ook de drukdoos en de daaraan opgehangen elektrische waterspanningsmeter. De toename in gemeten waterdruk komt dan overeen met de zakking van de waterspanningsmeter. Op het tweede t-stuk van het rioolgedeelte is op de standpijp rechtstreeks een drukdoos met een bereik van 50 kn geplaatst. Boven beide drukdozen is een t-stuk met uitbrengers naar links en rechts met een lengte van 7,50 m aangebracht. De sleuf is ruim 1 m diep ingegraven in de oorspronkelijke zeebodem. Op de bodem van de sleuf is eerst een laag zand van 0,30 m aangebracht. De rioolbuis is daarop geplaatst en gewaterpast. Vervolgens is de sleuf tot aan de bovenzijde van de buis aangevuld met zand. Bij de eerste proef is daarna de uitgekomen grond in de sleuf aangebracht en enigszins aangedrukt met de bak van de kraan. Daarover heen is een laag van 0,30 tot 0,50 m zand aangebracht. Daarna is de eerste proef gestart. Bij de tweede proef is de sleuf weer uitgegraven tot aan de bovenkant van de buis en nu aangevuld met zand dat in laagjes is verdicht. Daarna is de tweede proef gestart.

5 3. PROEFRESULTATEN Proef 1, met klei gevulde sleuf Na het aanvullen met circa 0,30 m a 0,50 m zand is het zand aangetrild met een trilslede. Voor het uitoefenen van de belasting op de standpijp is een shovel gebruikt. De maximale wielbelasting is niet gemeten maar bedraagt volgens een ruwe schatting 30 a 40 kn. Vervolgens is er een shovel eerst met een lege bak en vervolgens met een voile bak met zand een groot aandel malen in lengterichting over de sleuf gereden. Er is zoveel mogelijk getracht met het wiel recht boven de standpijp te rijden. Starre pijp De meetresultaten staan weergegeven in bijlage 5. Bij de starre pijp is het aanvullen en verdichten van het zand geregistreerd op een andere schaal. Om verwarring te voorkomen is het daarom niet in de figuur ingetekend. Het verloop komt echter redelijk overeen met het verloop van de tweede drukdoos. De krachten die tijdens het rijden met de shovel zijn gemeten zijn weliswaar lager dan de gemeten bezwijkbelastingen van het t-stuk in het riool, echter de marge is niet al te groot. Wel moet worden opgemerkt dat deze belasting als bovengrens kan worden aangemerkt. De shovel reed maximaal beladen direct boven de standpijp, waarbij de zanddekking en verdichting minimaal waren. De belastingen vanuit het zandpakket zijn aanzienlijk minder. Gemeten is een blijvende druk van 3,40 kn. Indien de buis echter minder zakt dan het omringende grondpakket zal een belastingsconcentratie optreden. De concentratiefactor die in de meest ongunstige situatie kan optreden bedraagt volgens de theorie van Marston circa 2,1. Bij een dekking van 0,50 m zand en een belast oppervlak van het t-stuk en de uitbrengers van circa 0,20tr. bedraagt de belasting op de standpijp circa 0,50 x 0,20 x 17 = 1,7 kn. Na afwerking van het wegdek kan dit met de hiervoorgenoemde concentratiefactor oplopen tot 1,0 x 0,20 x 18 x 2,1 = 7,56 kn. Daarbij moet dan nog de verkeersbelasting worden opgeteld. Deze ligt in de orde van 4 kn, zodat de theoretisch maximaal optredende belasting op langere duur beneden de gemeten belasting tijdens de aanlegfase blijft en ook beneden de gemeten bezwi jkbelasting van het t-stuk (zie bijlage 7) blijft. Overigens bleek na het opgraven van het riool dat het ter plaatse van het t-stuk circa 20 mm in de ondergrond was weggedrukt, terwijl het riool naast het t-stuk niet was gezakt. Door dit meezakken van de buis bereikt de concentratiefactor minder hoge waarden dan de eerder genoemde 2,1. Zettingsmof Bij de standpijp met de zettingsmof bereikt de kracht op de drukdoos in eerste instantie ongeveer dezelfde waarde als bij de starre buis. Opvallend is hier ook dat door het aantrillen van het zand een zekere ontlasting plaatsvindt. De concentratie op de buis wordt door het trillen tenietgedaan. Door het rijden met de shovel wordt direct een belasting van circa 7,5 kn bereikt. Door de grote schommelingen van de waterspanningsmeter was dit niet te volgen, maar uit het belastingsverloop mag worden verondersteld dat de zettingsmof op dat moment over de eerste ring is heen-

6 geschoven. De volgende pieken komen nauwelijks boven de 5 kn, op dat moment wordt mogelijk wel de maximale schuifweerstand van de volgende ringen bereikt en schuift de zettingsmof verder in elkaar. De volgende overgangen vertonen weer grotere krachten, omdat dan waarschijnlijk de zettingsmof volledig is ingeschreven. Dit bleek ook na het opgraven van het proefstuk inderdaad het geval te zijn. Ten gevolge van het indrukken van de zettingsmof blijkt de druk van het bovenliggende zandpakket op de standpijp weg te vallen. Het spanningsniveau daalt dus ten opzichte van de starre buis. Wel blijft de vraag in hoeverre deze belasting zich in de loop van de tijd weer opbouwt omdat de grond naast de buis nog verder zakt en inklinkt ten opzichte van de buis en de zettingsmof niet verder kan worden ingedrukt. Aan het eind van de meting werd een nulpuntsverloop van de drukdoos als gevolg van vocht in het meetsysteem geconstateerd. Daardoor is de opbouw van het spanningsniveau aan het eind van de proef niet volledig zeker. Proef 2, met zand gevulde sleuf Bij de tweede proef is de sleuf over de voile hoogte aangevuld met zand. Het zand is verdicht. Daarna is boven de uitbrengers en de rest van de sleuf nogmaals 0,50 m aangebracht en zorgvuldig verdicht. De hoogte van de belasting op de standpijp wijkt dan niet wezenlijk af van de hoogte van de belasting die werd gevonden in de met klei aangevulde sleuf. Gedurende de proef is nog een aantal malen zand bijgevuld tot een hoogte van ruim 0,80 m. De druk op de standpijp loopt dan op tot circa 5 kn. Starre buis Bij de starre buis blijft echter de grootte van de piekbelastingen op de buis lager dan de waarden, zoals die bij de met klei aangevulde sleuf werden gevonden. De grootste belastingen bij de met klei aangevulde sleuf werden geregistreerd werden aan het begin van de proef gevonden. De afdekking met zand was toen echter nog minimaal 0,30 a 0,50 m. Het bleek daarbij ook dat de shovel af en toe min of meer door het zandpakket heen zakte. Bij de tweede proef is eerst voldoende zand aangebracht. De belasting van de shovel kon daardoor beter worden gespreid. Gesteld kan daarom worden dat voor de belasting op de standpijp een voldoende zanddekking naar verwachting het belangrijkste is om hoge piekbelastingen te voorkomen. Zettingsmof Bij de standpijp met zettingsmof bereikt de belasting maximale waarden van circa 7,5 kn. Uit de waterpanningsmeter bleek gedurende het verloop van de proef een zakking van 13,4 mm te zijn opgetreden. De zettingsmof was echter niet ingeschoven; het t-stuk in het riool was gezakt ten opzichte van de naastgelegen buizen. De zettingsmof bleek enigszins scheefgedrukte, waardoor het blijkbaar bij de piekbelastingen van 7,5 a 8 kn nog niet was ingedrukt. Op grond van deze reaultaten kan worden geconcludeerd dat een zettings- 8

7 mof in een met klei gevulde sleuf de piekbelastingen, die tijdens aanleg kunnen optreden, aanzienlijk reduceert. Hetzelfde kan echter ook worden bereikt door een goede aanvulling met een zandpakket van voldoende dikte en verdichting van het zand. De zettingsmof zal wel zorgdragen voor een reductie van de belasting op de standpijp in de daarna volgende periode. Uitgaande van theoretisch optredende statische belastingen van 7,5 kn kan door het verkeer met een extra belasting van circa 4 kn zeker het indrukken van het schuifstuk worden bewerkstelligd.

8 4. ZETTINGEN EN ZETTINGSVERSCHILLEN TUSSEN RIOOL EN UITBRENGERS Zetting Zetting bij voldoende draagkracht van de sleufbodem De zetting van de bodem van de rioolsleuf is afhankelijk van de opgebrachte belasting en van de dikte van de onderliggende samendrukbare lagen. Wanneer de sleuf met zand wordt aangevuld zal deze zetting groter zijn dan wanneer de sleuf wordt aangevuld met de uitkomende grond. De orde van grootte van deze zetting is voor verschillende sleufdieptes berekend voor een gemiddeld voorkomend grondprofiel en op bijlage 8 aangegeven. De zakking van de bovenzijde van een rioolsleuf is naast de zakking van de sleufbodem ook nog afhankelijk van de samendrukking van het aanvulmateriaal. Bij aanvulling van de sleuf met zand zal bij een slecht verdichte sleuf onder invloed van verkeersbelasting naverdichting optreden van de sleufaanvulling. Bij de aanvulling van de sleuf met grond zal de aanvulgrond zelf aan samendrukking en klink onderhevig zijn. De grootte van de volumeverkleining van de aanvulgrond is afhankelijk van de uitvoeringswijze en daardoor moeilijk te bepalen. Wanneer de sleuf op normale wijze wordt aangevuld, waarbij de grond met de bak van de kraan enigszins wordt aangedrukt, zal de klink van de aanvulgrond na gereedkomen van de aanvulling circa 10 a 15% van de aanvulhoogte bedragen. Op bijlage 8 zijn de resultaten hiervan vermeld. In deze bijlage blijkt dat de rioolbuis bij aanvulling met zand circa 0,10 m meer zakt dan bij aanvulling met grond. Bij aanvulling met grond bedraagt de zakking van de buis 0,20 m. Deze zettingen zijn bepaald ten opzichte van de zetting van de omringende grondlagen. Resulterend is de totale zakking van de bovenzijde van de rioolsleuf bij diepe riolen groter bij aanvulling met grond dan bij aanvulling met zand, omdat hierbij de klink van de aanvulgrond een overheersende rol speelt. Bij de minder diepe riolen verloopt de daling van de bovenzijde van de rioolsleuf vrijwel gelijk met de zetting van het omringende maaiveld. Hierbij is uitgegaan van het feit dat de afwerking van de bovenzijde van de rioolsleuf enige tijd na het leggen van het riool plaats vindt, zodat in die tussentijds reeds een deel van de zetting kan optreden. Zetting bij onvoldoende draagkracht van de sleufbodem Wanneer de draagkracht van de sleufbodem onvoldoende is kunnen er naast de te verwachten zettingen ook andere deformaties optreden. Deze worden veroorzaakt door grote vervormingen van de grond door bij voorbeeld afschuivingen, wegpersen van slappe laagjes, welke op hun beurt weer afhankelijk zijn van uitvoeringswijze in relatie tot de draagkracht van de sleufbodem. Het volledig aanvullen van de sleuf met zand heeft tot gevolg dat een stijver lichaam boven het riool wordt gecreeerd, wat minder gevoelig is voor deze deformaties. Wanneer de zandaanvulling gelijkmatig aan weerszijden van de buis plaatsvindt, zullen de deformaties in horizontale richting nihil zijn, mits er geen bovenbelasting op het maaiveld 10

9 aan weerszijden van de sleuf is. Bij het aanvullen van de sleuf met grond is de bovenbelasting minder groot en verdichting niet mogelijk, waardoor door het geringere tegenwicht en de grotere holle ruimte de kans op optreden van deformaties bij minder draagkrachtige sleufbodems groter is. Zettingsverschillen Zettlngsverschillen tussen gedeelten van buisaansluitingen, welke liggen in rioolsleuven en welke liggen in het zandpakket van de terreinophoging treden op. Deze zijn af te leiden uit de gegevens van bijlage 8 en daaronder specifiek genoemd. De zettingsverschillen die optreden tussen huisaansluiting en de standpijp op het riool zijn sterk afhankelijk van het aanvulmateriaal van de rioolsleuf. Bij aanvullen met zand wat goed verdicht is zal geen zettingsverschil optreden. Bij aanvulling met grond zal het zettingsverschil gelijk zijn aan de klink van de aanvulgrond. Bij diepe rioolsleuven kan dit oplopen tot circa 0,20 m (zie bijlage 8). 11

10 5. SAMENVATTING EN CONCLUSIE Bij de aanleg van riolen in Almere wordt in het algemeen de sleuf aangevuld met zand tot aan de bovenkant van de buis en verder met grond. Omdat in het verleden schade werd geconstateerd aan t-stukken is een proefopzet gemaakt om zowel de krachten als de vervormingen van een riool met aansluitingen te meten. Er werd een proef uitgevoerd met grondaanvulling en een proef met zandaanvulling in de sleuf. In beide proeven werden de krachten gemeten op een starre standpijp en op een standpijp met schuifstuk. Uit de proeven is gebleken dat de krachten in de aanlegfase zo hoog oplopen dat het schuifstuk kan worden ingedrukt. Door toepassing van een schuifstuk blijven de belastingsconcentraties geringer. Ook aanvulling met zand en een zorgvuldige verdichting voorkomt hoge belastingsconcentraties. Op grond van een aantal theoretische berekeningen kan worden gesteld dat er bij aanvulling van de sleuf met grond zettingsverschillen in de huisaansluitingen kunnen optreden tot circa 0,15 m en dat de zettingsverschillen tussen huisaansluiting en riool kunnen oplopen tot 0,20 m. Bij aanvulling van de sleuf met zand bedragen deze verschillen maximaal 0,05 m. 12

11 E3 JL 1km B! SmiATIE bijlage 1

12 drukdoos. schgifst-ik- O 5000 f-... CSJ 2 C 5000 t elektrische wotersdanr.nqsmetgr X * -dru kdoos -schuifstuk elektrische vaterstx.nningsrneter PR0EF0PSTELLING bijlage 2

13 i. e ring 1 e nnq DOORSNEDE ZETTINGSMOF punt 3 punt 4 zakking LAST -ZAKKINGSDIAGRAM MEETRESULTAAT DRUKPROEF ZETTINGSMOF 125/80 TYPE DIJKA bijlage 3

14 T-stuk stalen huis kabeldoorvoer standpijp of schuifstuk DRUKDOOS MET BEHUIZING bijlage U

15 REGISTRATIE MET 50kN DRUKDOOS. STARRE STANDPIJP EN AANVULLING MET KLEI z m 75 o I & P 5 Z5 0 - aanvuiten _=_ tijd tnlplacrt passage Ta^-rn «mm i shovel met bak vol zand REGISTRATIE MET 20 kn DRUKDOOS. STANOPtJPMET SCHUIFSTUK EN AANVULLING MET KLEI MEETRESULTATEN 1 e PROEF bijlage 5 9

16 REGISTRATIE MET 50kN DRUKDOOS. STARRE STANDPIJP EN AANVULUNG MET ZAND 10.0 shove, met bak vol zand 75-5a- 8- Z5 * 0 tijd REGISTRATIE MET 20kN DRUKDOOS. STANDPIJP MET SCHUIFSTUK EN AANVULUNG MET ZAND MEETRESULTATEN 2* PROEF bijlage 6

17 vertikale indrukking in mm BEPR0EV1NG T.STUKKEN bijlage 7 9

18 350 m- NAP 32 SLEUF AANGEVULD MET GROND SLEUF AANGEVULD MET ZAND mcoiveid tijdens zeltinq maaiveld in 30 par ca 0.20 m diepte sleufbodem tov NA.P in m. 500" 600~ 7.00" aanvul materiaal sleuf zand grond zand grond zand zetting bovenkant sleuf na aanleg in m 0225 Q Q20 zetting bodem van sleuf in m QX zettings verschil huisaansluiting naast en in de sleuf m m zettings verschil tussen standpijp en huisaansluiting in de sleuf (schuifstuk) in m Q Q20 00 ZETTINGS VERSCHILLEN bijlage 8