Jaargang 20, 2016 - nummer 3

We zijn begonnen met de derde jeugd van geokunststoffen in waterkeringen zei Wim Voskamp in de Inleiding voor de NGO workshop “Geokunstoffen en Waterkerende constructies”. Na 1953 bedachten we zinkstukken met geokunststof. Twintig jaar geleden geokunststof filters voor de Zeeuwse dijken. En nu zijn geokunststoffen een optie bij het piping-robuust maken van dijken!

Om de kennis over de geokunststoffen in waterkeringen te delen, organiseerde de Nederlandse Geotextielen Organisatie NGO op 21 april haar vijfde creatieve sessie. Vijftig creatievelingen gingen op zoek naar geokunststof-oplossingen voor waterkeringen met een piping risico. De creatievelingen opereerden in 5 gemengde teams met deelnemers van de opdrachtgevers, aannemers, ingenieursbureaus en kennisinstituten.

Vier jaar geleden organiseerde het NGO rondom hetzelfde thema ook al zo een sessie. Toen constateerden we dat een dijkverbetering slim kan worden ontworpen met geokunststoffen. Er waren ook toen al veel mogelijkheden bekend. In de praktijk zagen we geokunststoffen echter vooral gebruikt worden bij calamiteiten en gevaarlijke situaties. “En na de noodtoestand ruimen we de boel weer op, en brengen we de dijk weer terug in zijn oorspronkelijke deplorabele toestand”, aldus Martin van der Meer vier jaar geleden. En hoe is dat nu? Passen we de geokunststoffen nu wel permanent toe in de dijken? Zijn er nieuwe toepassingen?

Folieconstructies kunnen worden gebruikt voor waterdichte afsluitingen van ondergrondse constructies. Vanwege de hoge grondwaterstand in Nederland zijn diepe en grootschalige folieconstructies over het algemeen afgezonken. Dit geeft vaak problemen met het ruimtebeslag, aangezien in stedelijke gebieden de beschikbare realisatieruimte beperkt is. De breedte kan beperkt worden door gebruik te maken van innovatieve ontwerp concepten als de U-polder en de damwandpolder. Als vervolg op praktijkproeven in het verleden zijn verschillende projecten inmiddels succesvol uitgevoerd. Het succes hangt af van een integrale aanpak ten aanzien van ontwerp- en uitvoeringsaspecten, risicobeheersing en kwaliteitsborging tijdens de uitvoering. De bouwmethode is vaak gebruikt en geschikt in Nederlandse omstandigheden, echter heeft ook zeker potentie voor buitenlandse projecten. Dit artikel betreft het eerste deel uit een serie van twee.

Makkelijk te ontginnen grondstoffen worden op land steeds schaarser. Dit leidt tot een zoektocht naar alternatieve brongebieden, waaronder de diepzee. In dat opzicht tekende Global Sea Mineral Resources NV (GSR), onderdeel van de DEME-groep, in 2013 een contract met de International Seabed Authority (ISA) dat GSR het exclusieve recht geeft om exploratie te doen naar polymetallische nodules in een toegewezen licentiegebied in de Clarion Clipperton Fracture Zone (CCFZ) in de Pacificische Oceaan. Voor de ontwikkeling van nieuwe technologie voor de diepzeemijnbouw is het bepalen van de geotechnische eigenschappen van diepzeesedimenten cruciaal. Om de werkbaarheid van een rupsvoertuig in dergelijke omgeving te analyseren, is ondermeer een analyse van de draagcapaciteit van de bodem nodig. Hiervoor zijn, over enkele meters diepte, betrouwbare sterkteparameters van de grond nodig. Dergelijke data is niet publiekelijk beschikbaar en moeilijk te bepalen met bestaande technieken. Aldus hebben GSR/DEME en de firma DotOcean NV samen de ontwikkeling gestart van de “Deep-Sea GraviProbe”; een penetrometer bruikbaar voor in-situ metingen op meer dan 4000 m diepte.

Tijdens de ontwerpfase van de kade reconstructie “EBS Biohub” in de haven van Rotterdam werd een hoog risicoprofiel herkend in de korte afstand van de nieuw te installeren afmeerpalen tot de bestaande paalfundering van de bestaande kade. Het risico bestaat uit twee aspecten. Het eerste aspect betreft het heitraject beneden paalpuntniveau in combinatie met de geringe funderingsdiepte van de bestaande paalfundering. Het tweede aspect betreft de geringe vervormingscapaciteit van de bovenbouw, welke middels een constructieve analyse werd vastgesteld. Maatregelen ter beheersing van deze risico’s werden onderdeel van de uitvraag, waarbij een aanpak volgens de observational method, inclusief registraties aan de constructie en de ondergrond, werd voorzien. De aannemer DIMCO bood aan de effecten van de installatie van de afmeerpalen eerst bij de afmeerpalen op veilige afstand tot de kade te beproeven. Rondom de betreffende afmeerpaal werden testpalen op verschuillende afstanden geïnstalleerd teneinde de zetting op bestaand paalpunt niveau te kunnen detecteren. De opgetreden zettingen werden vergeleken met een vooraf contractueel vastgelegd criterium voor schadevrije installatie. Op basis van de test werden twee installatie methoden voorgesteld. Twee afmeerpalen werden onder een dusdanige schoorstand geïnstalleerd, waarmee een afstand van 5 m tot de belendende paalpunt werd gecreëerd. De andere methode betrof het doorsnijden en actief vijzelen van belendende palen van de twee resterende afmeerpalen. In het project zijn alle criteria ten aanzien van draagvermogen, trillingssterkte, zettingen, vervormingen en conusweerstand behaald. Schade aan of vervorming van de bestaande kade constructie is niet waargenomen, waarmee in termen van budget, planning en risico management sprake is van een succesvol verlopen project.

Er zijn modellen voor het bezwijkgedrag van grond bij mechanische belasting die ervan uitgaan dat de dilatantiehoek gelijk is aan de wrijvingshoek, de associatieve modellen, en modellen waarbij er een verschil is tussen die hoeken, de niet-associatieve modellen. Het verschil tussen beide modelleringen heeft consequenties voor veel geotechnische analyses. Aan de hand van algemene benaderingen en een voorbeeld wordt hier op de verschillen en de consequenties ervan ingegaan.

In deze bijdrage wordt de sterkte benaderd vanuit het vervormingsgedrag van grond met omkeerbare (elastische) en niet omkeerbare (plastische) vervormingen. Het Mohr-Coulomb model wordt hier beschreven en gebruikt als plastisch model voor een continuüm. Vanuit deze beschrijving worden de vergelijkingen voor een glijvlak afgeleid. Het is bekend dat de dilatantiehoek meestal veel kleiner is dan de wrijvingshoek voor grondmaterialen. Dit “niet-associatief” zijn van grond heeft tot gevolg dat bijvoorbeeld de sterkte op het glijvlak lager zal zijn dan wordt aangenomen in klassieke glijcirkel berekeningen. In eindige elementen berekeningen kan niet-associativiteit resulteren in softening gedrag en mesh afhankelijke oplossingen. Dit wordt gedemonstreerd aan de hand van een simulatie van een biaxiaalproef die een in de praktijk vaak aanwezige vlakke vervormingstoestand, zoals een glijvlak voor een grondconstructie, representeert.

De in de praktijk meest gebruikte sterkteparameters zijn gebaseerd op triaxiale compressie. Echter, de waarden die daarmee worden afgeleid zijn te laag voor de vlakke vervormingstoestanden waar veel geotechnische analyses mee te maken hebben. Voor meer realistische benaderingen is het daarom nodig uit te gaan van sterkteparameters voor vlakke vervormingstoestanden. Anderzijds moet er voor glijcirkelberekeningen worden uitgegaan van een lager sterktecriterium. In de huidige praktijk compenseren de te lage waarden voor de sterkteparameters de gevolgen van de te hoge waarden van sterktecriterium die voor een glijvlak volgen bij de gebruikte berekeningen. Deze compensatie laat echter niet toe om de gevolgen van de aannamen voor alle toepassingen buiten beschouwing te laten. Ook voor het verbeteren van geotechnische analyses is het nodig de consequenties van de gebruikte modellering onder ogen te zien.