Jaargang 18, 2014 - nummer 3 incl. Onderwijsspecial

Sinds vele jaren worden de Nederlands waterkeringen om uiteenlopende redenen gemonitord. Het uiteindelijke hoofddoel betreft in alle gevallen het borgen van de waterveiligheid. Om het proces van monitoren waardevol te laten zijn, is een stappenplan ontwikkeld om tot een afgewogen monitoringssysteem voor waterkeringen te komen.

Dit artikel betreft een experiment waaruit gebleken is dat de parameter δ, die de ruwheid van het schuifvlak in rekening brengt bij sterkteberekeningen van groutankers, het beste benaderd kan worden met de relatie δ=φ. Deze bevinding is minder conservatief dan de relatie δ= 2/3*φ, die momenteel aangehouden wordt. Daarnaast laten de resultaten zien dat na het bezwijken de schuifspanning in het schuifvlak enigszins afneemt in plaats van constant te blijven. Momenteel wordt de schuifspanning, gemobiliseerd in het contactvlak grout-zand van een groutanker, na het bereiken van de schuifsterkte τ_f, meestal constant verondersteld bij een doorgaande afschuiving.

“Omhooggekropen asfalt in de Vlaketunnel, een lekkende tramtunnel in Den Haag, verzakkende huizen aan de Vijzelgracht: zomaar een paar voorbeelden van geotechnisch falen. De gevolgen zijn vaak groot. Niet alleen voor het project zelf, maar ook voor het vertrouwen in de bouwsector. Daarom zijn verschillende partijen in de grond-, weg- en waterbouw in 2009 gestart met het programma Geo-Impuls. Het doel: 50% minder geotechnisch falen in 2015.

Het doel van Geo-Impuls is behoorlijk ambitieus. Geotechnisch falen is namelijk niet zomaar op te lossen, omdat er niet één duidelijke oorzaak is: Er zal op verschillende fronten gestreden moeten worden, willen we de 50% reductie bereiken. Er zijn daarom meer dan tien werkgroepen gestart, verdeeld over de thema's Mens en omgeving, Contracten en Techniek. Op deze manier werken we aan alle aspecten van een bouwproject die van invloed kunnen zijn op geotechnisch falen. En als we al deze aspecten iets verbeteren, is de reductie van 50% binnen handbereik”.

Aldus een inleidend citaat van de website van Geo-impuls, dat onderstreept dat veel faalkosten in de infrastructuur ‘grond-gerelateerd’ zijn.

De verschillende werkgroepen binnen Geo-impuls ontwikkelen producten, zoals kennis en tools om de ambitieuze doelstelling te halen.

Gijs Peeters en Anastasia Karamperidou studeerden beiden af aan de Technische Universiteit Delft met een master in geotechniek en werken nu bij BAM. Een gesprek over studeren, werken en ambities.

Mobilis is één van de toonaangevende civiele bouwers van Nederland. Een gesprek met de ervaren leider van de ontwerpafdeling Herman van den Noort en de jonge geotechnicus Stijn Biemans over werken bij Mobilis.

In navolging van de creatieve sessie, die in het voorjaar van 2013 werd gehouden, is op 1 april van dit jaar een tweede sessie gehouden. De sessie bestond uit een tweetal lezingen en een creatief deel dat ingevuld werd met de deelnemers, bestaande uit vertegenwoordigers van opdrachtgevers, aannemers, ingenieursbureaus en kennisinstituten. In 6 teams zijn op basis van een viertal cases, met behulp van de ter beschikking gestelde middelen, oplossingen bedacht voor het optimaliseren van de draagkracht van een wegverharding, die op een slappe bodem moest worden aangelegd en op schaal gebouwd. Ook dit jaar zijn zeer innovatieve oplossingen door de teams bedacht.

De toekomstige A4 zal in de bebouwde kom tussen Vlaardingen en Schiedam in een zoge­naamde landtunnel komen te liggen voor een minimale omgevingsimpact. Het A4 tracé kruiste de liggende trambaan. De aanleg van een landtunnel resulteerde in een relatief hoge ligging van het trambaanviaduct ten opzichte van het maaiveld. De com­binatie van grote zettinggevoelig­heid van de lokale ondergrond enerzijds en de strenge zet­tings­eisen anderzijds betekende een beduidend grote beperking van de ontwerpvrijheid. Een additioneel complicerend aspect vormde de toegestane realisatieperiode van slechts twaalf weken. Ten slotte eiste de RWS bij uit­besteding het minimaliseren van de overlast voor de omwonenden; de trambaan ligt in de di­recte omgeving van grote flatgebouwen. Daarom is een groot gedeelte van de toeritten op­ge­bouwd uit EPS. Wat het project bijzonder maakt zijn de steile wanden zonder taluds en een com­bi­natie van een trambaan en een fietspad/weg, een unicum in de Nederlandse ingenieurspraktijk.

Als afsluiting van de master Geotechniek aan de TU Delft heb ik als eindwerk negen maanden onderzoek gedaan voor SPT-offshore, een aannemer is gespecialiseerd in het ontwerp, de fabricage en de installatie van zuigpaalfunderingen voor de offshore industrie. De technologie van zuigpaalfunderingen wint aan populariteit in zowel de olie&gas als de windindustrie. Zuigpalen worden al langer als (trek)ankers gebruikt, maar als op druk belaste fundering is de technologie nog relatief jong en is er nog heel wat ruimte voor ontwikkelingen en optimalisaties.

De toonaangevende bedrijven in de offshore windindustrie zijn bezig met grote inspanningen om de kosten van offshore wind terug te dringen en de technologie rendabel te maken. De funderingen van de turbines vormen een belangrijke kostenpost bij de installatie van de windmolens, waardoor innovaties en nieuwe concepten van groot belang zijn. Als geotechneut kan je in deze sector dus zeker het verschil maken!

SPT-offshore heeft samen met DONG-energy een jacket-fundering op zuigpalen ontwikkeld. In de zomer van 2014 wordt een testturbine met dit type fundering in het Borkum Riffgrund windmolenpark geplaatst. Als de technologie succesvol blijkt, opent dat de weg naar complete windmolenparken op zuigpaalfunderingen.

Waarom gegolfd stalen duikers nou spannender zijn dan bijv. betonnen duikers? Het antwoord is te vinden in de samenwerking tussen de constructies en het grondpakket eromheen. Gegolfd stalen duikers hebben, in tegenstelling tot betonnen duikers, de omringende grond absoluut nodig voor de sterkte en stijfheid.

Jean-Paul Middel (1987) en Janko Vink (1981) hebben in deeltijd de studie Civiele Techniek aan de Hogeschool Rotterdam gevolgd en zijn beide in 2013 afgestuurd met het project "Gegolfd stalen duikers in model". Een afstudeerproject gericht op de constructieve betrouwbaarheid en (rest)levensduur van gegolfd stalen duikers. Jean-Paul en Janko nemen je mee en geven een inkijk in hun afstudeerproject over gegolfd stalen duikers.

Voor mijn afstudeerscriptie wilde ik graag een opdracht waar ik theorie en praktijk met elkaar kon combineren. Na een gerichte zoektocht kwam ik terecht bij de Gemeente Rotterdam, waar ze bezig waren met een uitdagend project in – en dat verwacht je misschien niet – Nijmegen. Als onderdeel van het project ‘Ruimte voor de Rivier’ zal daar ter plaatse van de uiterwaarden een nevengeul van de Waal worden geconstrueerd. De ontgraving die daarvoor nodig is bedraagt zo’n 10 meter en heeft invloed op onder andere de in de uiterwaarden aanwezige pijlers van een treinbrug. Deze pijlers zijn op staal gefundeerd met de onderkant op NAP + 5m, wat 3 meter hoger is dan het uiteindelijke bodempeil (NAP + 2m) van de nevengeul. Zonder maatregelen zullen de pijlers tijdens het uitgraven van de nevengeul dus worden ondergraven!

De Gemeente Rotterdam bedacht daarop een oplossing: een ‘doos’ van diepwanden die de pijlers, hun fundering en de omliggende grond als het ware zou opsluiten. Diepwanden van 1,5 meter dik en een kapconstructie die de bovenkant van de diepwanden aan weerszijde van de pijler koppelt, moeten de stijfheid van het zogenaamde pijler-grond systeem garanderen. Wanneer de stijfheid daarvan behouden blijft, zullen er geen verdere aanpassingen aan de brug nodig zijn.

Om te zien of de ‘doos’-oplossing zou werken, was het van belang de stijfheid van het systeem gedurende de werkzaamheden te monitoren. Monitoring van constructies wordt vooral gebaseerd op deformatiemetingen. Zulke metingen geven informatie over de zettingen, maar niet over de stijfheid van een constructie. Om de stijfheid te monitoren moest dus naar een andere methode gezocht worden. Deze werd gevonden in trillingsmetingen. In de staal- en betonindustrie wordt de stijfheid van constructieonderdelen (zoals gewapende balken) namelijk al veelvuldig getest met behulp van trillingsmetingen. Een afname van stijfheid kan worden gezien als een afname van de eigenfrequenties van het betreffende constructieonderdeel.

De vraag of trillingsmetingen ook gebruikt kunnen worden om de stijfheid van een pijler-grond systeem te monitoren, werd onderwerp van mijn onderzoek. De trillingen die ik heb gebruikt werden veroorzaakt door het passerende treinverkeer.

Mijn ervaring in de geotechniek is begonnen bij het Ingenieursbureau van Gemeente Rotterdam (IGR), waar ik ten tijde van mijn afstudeeronderzoek werkzaam was binnen het team geotechniek. Hier hield ik me samen met collega`s o.a. bezig met trillingsmetingen tijdens bouwwerkzaamheden. Regelmatig moet dan op de werkzaamheden worden ingegrepen of moeten deze zelfs worden stilgelegd, omdat grenswaarden volgens de normen worden overschreden. Dit leidt tot vertraging van de werkzaamheden en daarmee hogere kosten. Zeker als ook de uitvoeringswijze moet worden gewijzigd.

In 2010 is binnen het IGR een brainstormsessie opgezet om na te denken hoe we beter kunnen omgaan met dit onderwerp. Uit deze sessie ontstond het idee om misschien eens andersom te denken. Normaal wordt altijd gedacht vanuit de veroorzaker van de trillingen, bijvoorbeeld veroorzaakt door zwaar verkeer of heiwerkzaamheden, maar misschien kan er ook vanuit de ontvanger worden gedacht.

Als eerste onderwerp is uitgegaan van verdichting van een zandpakket met een trilplaat. Hierbij is een voorstel is gedaan om huizen te beschermen tegen de trillingen. Mijn afstudeeronderzoek is onderdeel geworden van het onderzoek naar een effectieve maatregel is en verder ook hoe breed zo`n maatregel toepasbaar is.

De grondverdringende schroefpaal heeft een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van geheide paalsystemen. Naast de veel beperktere invloed op de omgeving, zoals hinderlijk heilawaai en eventuele schade aan belendingen door trillingen, kan de grondverdringende ingeschroefde

paal in bepaalde situaties een intrinsiek hogere draagkracht leveren dan een geheide paal. Op een proefveld in Almere – Poort zijn statische belastingproeven uitgevoerd op 6 grondverdringende schroefpalen en 4 geprefabriceerde betonnen heipalen met lengten van ca. 6, 10 en 13 m.

Bij alle palen is een sondering vooraf uitgevoerd en twee sonderingen na de installatie. Onder de Holocene deklaag van ca. 2,5m dik, bestaat het grondprofiel uit dichte eolische zanden met eronder matig dichte fluvio-glaciale zanden met locale zones van zeer los gepakte zanden. De schroefpalen laten een stijver belasting-deformatie gedrag zien met een duidelijk bezwijkpunt, waarbij het maximale draagvermogen voornamelijk wordt geleverd door de ontwikkelde schachtwrijving. De geprefabriceerde betonnen heipalen laten een minder goed gedefinieerd bezwijkpunt zien waarbij zowel ontwikkelde schachtwrijving en puntweerstand een bijdrage aan het draagvermogen leveren. Het maximale draagvermogen van de grondverdringende schroefpalen is voor de palen die eindigen

in de fluvio-glaciale zanden hoger dan dat van de heipalen.

De verdichtende werking van de in de grond gedrukte en geschroefde paal geeft suggereert een grond-paal interactie model met een opspanning binnen een grondcilinder rond de paal, onder een toename van de hoek van inwendige wrijving en de horizontale grondspanning. De schuifsterkte

ter plaatse van het contact van de beton met het zand, die groter lijkt te zijn dan de schuifsterkte van het zand, levert een extra component in het hogere draagvermogen van de schroefpalen.

Monitoring van de aandrukkracht, draaimoment, indringingssnelheid en omwentelingssnelheid tijdens het inbrengen van de paal staan een kwalitatieve beoordeling van het installatieproces toe. Recent onderzoek laat zien, dat uit deze gegevens een “virtuele sondering” kan worden afgeleid,

die overeenkomt met de voor de paalinstallatie uitgevoerde sondering.

Het werkveld waarbinnen de Geo-ingenieur zijn vaardigheden verricht is breed en omvangrijk. Het is daarom ondoenlijk om alle aan onderwijs gerelateerde recente ontwikkelingen hier volledig tot hun recht te laten komen.

Er is één ontwikkeling te benoemen die het gehele geotechnisch werkveld raakt en waaraan nog weinig aandacht is besteed. Het betreft de discussie over een mogelijk Nederlandse certificering van de Geo-Ingenieur. Een onderwerp waarover bijna iedereen een mening heeft. Voor deze opleidingsspecial ook interessant, omdat certificering altijd samengaat met te stellen eisen aan opleidingsniveau, opleidingsduur en vak-inhoud. De discussie is recentelijk (opnieuw) actueel geworden vanwege ontwikkelingen in ons omringende landen, zoals Engeland en Duitsland, maar ook in Nederland. Het bestaan van het constructeursregister in Nederland (sinds 2010) houdt het onderwerp ook actueel, evenals de recente discussies over te stellen eisen aan de Geo-ingenieur om tot een afname te komen van aan geotechniek gerelateerde faalkosten.

Eerder zijn over het project A2 Maastricht in dit blad artikelen verschenen waarin de onzekerheid met betrekking tot de sterkte van de Maastrichtse kalksteen is gemeld en waarin uiteen is gezet hoe hiermee tijdens het ontwerp en de uitvoering van het project mee om is gegaan. Men heeft gekozen voor een economische uitvoering van het project, bij een zeer gunstig risicoprofiel door toepassing van de “Observational method”. Voorliggend artikel betreft de evaluatie van het eerste deel van de bouwkuip dat met behulp van deze methode is uitgevoerd. Uiteengezet is hoe deze methode in praktische zin is ingezet gedurende het ontwerp- en bouwproces. Uiteindelijk kan geconcludeerd worden dat in het reeds gerealiseerde gedeelte van de bouwkuip de werkelijke sterkte van de kalksteen hoger is geweest dan in het slechtste scenario aangenomen werd. Dit zegt echter nog niets over het nog te realiseren deel van de bouwput dat volgens de “Observational method” zal worden uitgevoerd.

Geotechniek is een vrij onzichtbaar vakgebied, het speelt zich vooral onder het maaiveld af. Maar omdat we de ruimte intensief gebruiken en steeds vaker de grond in gaan, is het ook een vakgebied dat mede bepalend is voor onze toekomst. En doordat de ondergrond nogal eens verrassingen biedt, moet de geotechnicus vooral ook oplossingen kunnen bedenken.

Een geotechnicus kan niet, zoals bijvoorbeeld een architect, trots het resultaat van zijn werk laten zien. Funderingen van gebouwen en bruggen, ophogingen, tunnels, dijken, sluizen, offshore windturbines, je ziet er maar weinig van. Toch legt de geotechnicus wel de onmisbare basis onder het werk van de architect en constructeur; zonder dit ‘grondwerk’ heeft de architect zogezegd geen poot om op te staan. “Eigenlijk zijn we verkapte architecten”, grapt Guido Meinhardt, Manager Geotechniek bij Volker InfraDesign. “Zonder gekheid, in dit vakgebied wordt een stevig beroep gedaan op je creativiteit, er is veel ruimte voor interpretatie want de bodem kan je altijd verrassen. Dat ligt niet iedereen. Je moet het leuk vinden om onzekerheden op te lossen.”

In het afgelopen jaar heb ik, Roy Sonnevelt, mijn afstudeeronderzoek verricht bij CRUX Engineering op het onderwerp ‘Opslag in ondergrondse schachten’.
Het betreft hier een concept waar in tijden van energieoverschot, energie wordt opgeslagen in verticale ondergrondse schachten in de vorm van perslucht, waarmee op een later moment vervolgens weer energie kan worden opgewekt.
De reden waarom men hier behoefte aan zou hebben, is dat dit concept als een buffer zal functioneren waarmee fluctuaties in energievraag en aanbod kunnen worden opgevangen en geen energie verloren gaat.
Energiecentrales zijn maar beperkt in staat te anticiperen op deze fluctuatie waardoor geregeld teveel energie wordt geproduceerd, en problemen ontstaan in de distributie over het elektriciteitsnet.
Het tijdelijk opslaan van teveel geproduceerde energie op de juiste plek lijkt hierdoor een interessante optie.

In de grond-, weg- en waterbouw komt het vaak voor dat een definitieve of tijdelijke grondkering moet worden toegepast om een werk te kunnen uitvoeren. Zeker in deze tijden waarin wij als aannemers voor zeer scherpe prijzen in de markt aan het werk zijn is het belangrijk om in het engineeringstraject en in het uitvoeringstraject kostenbesparingen te kunnen realiseren.

Mijn (Corne de Vogel) afstudeeronderzoek behandelt de vraag of ‘’state-of-the-art grondonderzoek’’ leidt tot een meer economisch ontwerp van een grondkerende constructie. Fugro Ingenieursbureau B.V. te Leidschendam heeft mij in de gelegenheid gesteld om op dit onderwerp af te studeren.

Grondonderzoek staat aan de wieg van bijna elk project. Het onderzoek wordt voorafgaand aan de engineeringsfase uitgevoerd en vormt de basis voor het ontwerp. Binnen dit grondonderzoek speelt geotechnisch onderzoek een zeer belangrijke rol.

Van een Nederlands cursuslokaal naar een Lada in Azerbeidzjan. Dat vonden wij, Goaitske de Vries en Bernard van der Kolk, een mooie uitdaging. In Nederland verzorgden wij al regelmatig dijkinspectiecursussen voor dijkbewakers. Deze dijkbewakers hebben een belangrijke rol als het gaat om waterveiligheid. Zeker als het spannend wordt, zoal bij storm, heftige regen of extreme droogte. Zij voeren dan voortdurend inspecties uit en houden de toestand van de dijk nauwgezet in de gaten. Deltares ondersteunt de dijkbewakers op verschillende manieren. Door onder andere het ontwikkelen van de serious game “Dijkpatrouille”, onderzoek naar faalmechanismen van dijken en het uitvoeren van modelonderzoek en full-scale experimenten. Ook het verzorgen van een cursus dijkinspectie is een voorbeeld. In deze cursus wordt de nieuwste kennis over dijken, faalmechanismen en inspectiemethoden behandeld.