Typische pathologieën van diepfunderingen

Transcriptie

1 BBG-BGGG Studienamiddag Beton voor Diepfunderingen Typische pathologieën van diepfunderingen 18 mei 2017, Sterrebeek prof. ir. Noël Huybrechts, Afdeling Geotechniek, WTCB & KU Leuven

2 INHOUD 1. Inleiding 2. Overzicht/voorbeelden van mogelijke problemen 3. Conclusies

3 1. INLEIDING Fenomenen/vaststellingen van diverse aard: Afwijkingen t.o.v. nom. afmetingen (lokale uitstulpingen of insnoeringen, globale afwijking, onvoldoende dekking, holtes, ) Bleeding channeling of waterafscheidingskanalen Segregatie/grindnesten Thermische effecten (hydratatiewarmte + verhinderde krimp) Toleranties: inplanting & inclinatie palen, excentriciteit van de wapening Beschadiging van diepfunderingen t.g.v. externe factoren (afkappen, ongewenste laterale belastingen, ) Gevolgen: Draagvermogen: grondmechanisch & structureel Lekkage bij keerwanden Duurzaamheid (onvoldoende dekking)

4 1. INLEIDING Oorzaken Beton: samenstelling, vloeibaarheid, plaatsingswijze Grond- en grondwatereigenschappen Uitvoeringsprocédé Externe oorzaken

5 INHOUD 1. Inleiding 2. Overzicht/voorbeelden van mogelijke problemen 3. Conclusies

6 2. OVERZICHT MOGELIJKE PROBLEMEN 2.1 Afwijkingen t.o.v. nominale afmetingen 2.2 Bleeding-channeling 2.3 Segregatie-grindnesten 2.4 Thermische effecten 2.5 Toleranties 2.6 Beschadiging door externe factoren

7 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Vb. CFA-Paal: te snel terugtrekken van voerbuis waaruit vers beton stroomt (uitvoering) Fenomeen is ook al vastgesteld bij andere paaltypes (g.v.s.) Fenomeen kan ook optreden indien overhoogte betonkolom in voorlopige voerbuis te klein is (uitvoering-concept) Grondgelaagdheid (grond) en vloeibaarheid beton (beton) spelen ook een rol

8 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN afgravingspeil afgravingspeil zeer slappe laag Vb. van palen die niet tot maaiveld gebetonneerd worden ter hoogte van toekomstige afgraving Indien horizontale gronddruk > Betondruk : risico op insnoering (uitvoeringconcept)

9 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Vb. : Grondverdr. schroefpaal lokale insnoering ( flessenhalssyndroom ) - Meestal ter hoogte van zeer slappe/geroerde kleilaag poriënwateroverspanningen tgv. aanbrengen werkplatform, gewicht & trillingen machine, paalinstallatie zelf - poriënwateropverspanningen in slappe laag = verlies van weerstand (grondgerelateerd) - Voorwaarde voor insnoering: druk van gespannen laag > betondruk - meestal bijkomende factoren noodzakelijk (onvoldoende hoge betonkolom, steun machine, vloeibaarheid beton, ) (uitvoering-beton)

10 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN

11 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN

12 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Vb. grondverdringende schroefpaal: effect van korte schroefbeweging in t.w.z. ter hoogte van aanzetpeil (uitvoering)

13 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN In geval van slappe grondlagen: risico op uitstulpingen. Risico op belangrijk oververbuik beton (grondgerelateerd) Oververbruik=moeilijk in te schatten Voorwaarde : Betondruk > horizontale gronddruk slappe laag - Soms ook doorbraak van een dergelijke slappe laag - Soms ook gevolg van erosie owv uitgraafproces i.g.v. slappe lagen, puin, zandsteenlagen, edm. (bvb. diepwanden, zie volgende slide)

14 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN (van Weele, 1990) maakt melding van betonoververbruik van 30 à 50 % bij in de grond gevormde heipalen (vibropalen) geïnstalleerd in grondprofielen zoals aangegeven in Figuur 1.

15 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN

16 Info Tuc Rail & Jan Maertens 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN

17 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Vb. grondverdringende schroefpaal: effect van beperkt machinevermogen bij penetratie dicht gepakte zandlaag (uitvoering)

18 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Info ABEF Info ABEF Vb. Diepwanden: effect van beperkte doorstroming beton doorheen wapening (Beton) niet (lang) genoeg gewenste vloeibaarheid D max te groot te dense wapeningskooi (concept) Effect van grondsoort eerder beperkt (o.w.v. bentonietcake) Belangrijk effect op structuerele capaciteit, waterdichtheid en duurzaamheid (betondekking)

19 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN

20 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Brown & Shindler, 2007 Vb. Boorpaal met tijdelijke casing : vloeibaarheid ok maar verschil in stijghoogte beton binnen en buiten wapeninskorf owv te dense wapeningskooi

21 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Info Tuc Rail & Jan Maertens Vb. Diepwand met dense en assymetrische wapening; preferentiele stroming van beton = laterale druk op de wapening onvoldoende dekking Info Tuc Rail & Jan Maertens Vb. onderbreking van betonstort (>1h) laatste levering beton Eerst ingebrachte betonspecie (vervuild met bentoniet/zand) wordt niet verder naar boven gedrukt

22 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Info Tuc Rail & Jan Maertens Vb. Diepwanden: bentonietinsluitingen t.h.v. de voeg, mogelijke oorzaken: Onderbrekeningen in het betonneerproces Te geringe afstand wapeningskorf voeg (bemoeilijkt doorstroming) Te geringe vloeibaarheid beton Onvoldoende ontzanding van de steunvloeistof

23 2.1 AFWIJKING NOM. AFMETINGEN Grondverdringende schroefpaal met verloren schroefkop (beton): Beton te weinig vloeibaar: moeilijke doorstroming doorheen wapeningskooi Effect droog zand v.a. -8 m

24 2.2 BLEEDING/CHANNELING

25 2.2 BLEEDING/CHANNELING Info P. Meireman Vb. In de grond gevormde schroefpalen lengte 13.5 m

26 2.2 BLEEDING/CHANNELING Info ABEF Diepwanden

27 Bleeding en channeling in diepfunderingen Weinig literatuur beschikbaar 2.2 BLEEDING/CHANNELING Y. C. Kog Integrity problem of large-diameter bored piles (JGGE, ASCE, febr. 2009) heeft hieromtrent een theorie uitgewerkt en getoetst. (KOG, 2009) (KOG, 2009)

28 2.2 BLEEDING/CHANNELING Bleeding en Channeling in diepfunderingen Belangrijkste bevindingen/conclusies (Y. C. Kog, 2009): Bleeding channeling t.g.v. instabiliteit in het skelet van vers beton Channeling kan optreden op verschillende (ook grotere) dieptes in een diepfundering (niet alleen bovenaan) Risico op channeling neemt toe met toenemende diameter van de diepfundering Channeling in grote diameter palen kan vermeden/beperkt worden door: Vermijden van bindingsvertrager of minimale dosering Het toepassen van hoge sterkte beton o.wv. gunstige invloed op yield stress τ f (afschuifdrempel) van het vers beton Verhogen van de viscositeit heeft een positief effect Opgelet met zelfverdichtend beton (lage τ f ) >verhoogt risico op channeling, zelfs voor kleine diameter palen

29 2.2 BLEEDING/CHANNELING Bleeding en Channeling in diepfunderingen Bleeding channels manifesteren doen zich vaak voor Langsheen de wapening of de tijdelijke verbuizing (fig. links) dekking! Langsheen de betonneerpijp (fig. rechts) Langsheen CSL buizen - Effect op interpretatie CSL - Vaak niet representatief voor de reële performantie Brown & Shindler, 2007 Brown & Shindler, 2007

30 2.2 BLEEDING/CHANNELING Karakteristieken ondergrond spelen ook een rol: Hoger risico op bleeding in ondoorlatend gronden (klei) vs. doorlatende grond (zand) Aanwezigheid van gespannen water Klei - ondoorlatend Zand Gespannen grondwater

31 2.3 SEGREGATIE/GRINDNESTEN Cfr. van Weele, Geotechniek 1999/1 Uitgebreide onderzoeken i.v.m. problemen in de grond gevormde heipalen L>20 m & gewapend over de volledige lengte (vibropalen), eind jaren 1950 Ontmengen van beton t.h.v. paalbasis Verlies van mortelpasta t.g.v. wapening vergrinding van het beton thv paalbasis Ontmenging t.g.v. waterinfiltratie in de voerbuis, edm. Conrete aanbevelingen om segregatie te vermijden o.a. configuratie wapening, vertinnen van de wapening m.b.v. cementmortel

32 2.3 SEGREGATIE/GRINDNESTEN niveau tov REF (m) Paal B (Verdunstraat) Extensometingen (µs) kn kn 1501 kn kn 2496 kn kn 3506 kn kn kn 5026 kn -3 Vb. CFA Paal met verbrede centrale kern L > 20 m

33 2.3 SEGREGATIE/GRINDNESTEN Vb. Boorpalen uitgevoerd met tijdelijke verbuizing - ontmengen van beton t.h.v. de paalbasis (uitvoering + beton) Opkuisen van bodem diepfunderingen (boorpalen, diepwandpanelen) & vermijden van ontmenging beton ter hoogte van paalbasis : =niet evident!

34 Ook bij prefabpalen kunnen er beschadigingen optreden!

35 2.4 THERMISCHE EFFECTEN Regelmatig vaststelling van horizontale scheuren in uitgegraven vlak van diepwanden De positie van de scheuren komen vaak niet overeen met zone van het max. moment Wellicht het gevolg van thermische effecten, nl. verhinderde verkorting t.g.v. wrijving met de grond geeft aanleiding tot trekspanningen deze spanningen worden niet in rekening gebracht bij ontwerp en sheurwijdteberekeningen Info ABEF

36 2.4 THERMISCHE EFFECTEN Vb. van temperatuursevolutie in diepwanden na uitharding Begintemperatuur (31/7/2014) = 28 à 32 C (=ca. 3 weken na betonneren paneel) Eindtemperatuur (nov/2015) = 4 à 13 C boven uitgraafniveau & 16 C in de steek

37 2.4 THERMISCHE EFFECTEN Verhinderde krimp resulteert in trekvervormingen waar men het niet verwacht Het effect van afkoeling en verhinderde krimp na hydratie (T>50 C?) zit niet vervat in deze metingen

38 2.4 THERMISCHE EFFECTEN Brown & Shindler, 2007 : Naarmate begintemperatuur van beton toeneemt: Versnelling de hydratatiereactie Afname van de vloeibaarheid Niet-lineair en vanaf 70 F (=21 C) zeer sterke toename van de hydratatiesnelheid Toenemende hydratatiesnelheid toename hydratatiewarmte in de betonmassa Te hoge temperatuurontwikkeling in de betonmassa (> 70 à 80 C) = nadelige effecten duurzaamheid beton geen eisen/vermelding in uitvoeringsnorm?

39 2.5 TOLERANTIES Inplanting-helling- minimale wapeningsdekking Eisen voorzien in de uitvoeringsnormen en infofiches WTCB Regelmatig discussies i.v.m. inplanting & wapeningsdekking Definitie centrum van de paal Info Tuc Rail Info Tuc Rail

40 2.5 TOLERANTIES Inplanting-helling- minimale wapeningsdekking Eisen voorzien in de uitvoeringsnormen en infofiches WTCB Regelmatig discussies i.v.m. inplanting & wapeningsdekking Definitie centrum van de paal

41 2.5 TOLERANTIES Aanvullingen in WTCB infofiche 67.3 (grondverdringende palen):

42 2.5 EXTERNE FACTOREN Diepfunderingen in vervuilde grond of zure gronden Afkappen van palen Transport op korte afstand van de paal, kort na installatie

43 INHOUD 1. Inleiding 2. Overzicht van mogelijke oorzaken 3. Conclusies

44 3. CONCLUSIES Pathologie van diepfunderingen: verschillende mogelijke mogelijk Beton: samenstelling, vloeibaarheid, plaatsingswijze Grond- en grondwatereigenschappen Concept & Uitvoeringsprocédé Thermische effecten Externe oorzaken Anomalieën zijn niet altijd zichtbaar of opspoorbaar Bij expertises : vaak verschillende meningen Oorzaak/verantwoordelijkheid is niet altijd eenduidig vast te leggen en meestal een combinatie van factoren