Beschikbare documenten
Literatuurstudie: 11203922-004-GEO-0003_v0.1-TKI literatuurstudie.pdf
paper XVIII ECSMGE Lisbon 24: Zwanenburg et al - creep org soils - ECSMGE 2024.pdf
Achtergrond
In de jaren 1990 – 2000 is het gebruik van isotachenmodellen, voor het berekenen van zettingen geïntroduceerd in de Nederlandse ingenieurspraktijk. In de periode daarna is het model breed gebruikt en geniet het veel vertrouwen bij het maken van een zettingsvoorspelling voor grote ophogingen.
Echter, voor ophogingen waarbij de spanning onder de grensspanning blijft, blijkt de nauwkeurigheid van de voorspellingen geringer. Dergelijke situaties kunnen zich voor doen bij het bouwrijp maken van terreinen, reconstructie van wegen of woonwijken of bij geringe dijkversterkingen. De praktijk leert dat in sommige gevallen verrassend geringe zettingen en/of zettingssnelheden worden berekend bij relatief kleine ophogingen. In sommige andere gevallen wordt juist verrassend hoge zettingen berekend. Het overschatten van de zettingen leidt tot een te zwaar en daarmee te duur ontwerp, terwijl het onderschatten van de zettingen leidt tot hoge onderhoudskosten en overlast voor de gebruikers en de omwonenden.
Het project richt zich op het valideren van het isotachenmodel bij dergelijke geringe belastingen.
Het onderzoek kent de volgende componenten;
- Literatuuronderzoek, naar de meest recente ontwikkelingen in gebruik van isotachenmodellen
- Analyseren van beschikbare proefdata
- Uitvoeren van nieuwe proefdata
Literatuurstudie
De literatuurstudie richt zich op de nieuwste ontwikkelingen die op het gebied van het modelleren van het isotache principe. Hierbij is de werkwijze volgens de huidige Nederlandse ingenieurspraktijk als referentie genomen. De literatuurstudie begint met een beschrijving van deze referentie werkwijze.
Aan de basis van de isotachenmethoden staat het spannings – rek diagram en lijnen van gelijk reksnelheid die in een spannings-rek diagram kunnen worden weergegeven. De twee belangrijkste ontwikkelingen, ten opzichte van de referentie methode, betreffen de onderlinge afstand van de isotachen en de impact van ontlasten op de vorm van de isotachen, zie figuur 1.
Figuur 1, Isotachenveld, a) lineaire isotachen met gelijke onderlinge afstand, b) lineaire isotachen met een veranderende onderlinge afstand, c) kromming isotachen als gevolg van ontlasten. = reksnelheid, = referentie reksnelheid, s’ = verticale effectieve spanning, svy = grensspanning
Figuur 1a geeft de isotachenveld weer zoals die nu in de dagelijkse Nederlandse adviespraktijk wordt gehanteerd. Hierbij zijn de isotachen niet alleen evenwijdig aan elkaar, maar ook op constante afstand van elkaar gelegen. Figuur 1b toont een isotachenveld waarbij de isotachen op ongelijke afstand van elkaar liggen, waarbij voor lagere reksnelheden de onderlinge afstand kleiner is dan voor hogere reksnelheden. Het belangrijkste verschil tussen de figuren 1a en 1b is dat de kruip volgens figuur 1a lineair met de logaritme van de tijd verloopt. In figuur 1b neemt de kruip, op logaritmische schaal, af. De consequentie van het isotachenveld volgens figuur 1b is dat er in dit figuur een eind-isotache kan worden gedefinieerd waarvoor er geen kruiprek meer optreedt. In figuur 1a blijft de kruiprek eeuwig doorgaan. Gevolg van het dichter bij elkaar liggen van de isotachen is ook dat bij het verlagen van de belasting, de reksnelheid in figuur 1b sneller afneemt dan in figuur 1a.
Figuur 1c toont gekromde isotachen. De kromming ontstaat door elastisch opveren in het geval van ontlasten. De kromming heeft alleen betrekking op het overgeconsolideerd gedrag. Modelmatig kan de kromming zowel met constante isotachenafstand, figuur 1a als met een niet-constante isotachen afstand, figuur 1b, worden gecombineerd. Het gevolg van de kromming is dat, na ontlasten de kruipreksnelheden hoger zijn dan verwacht mag worden op basis van de lineaire isotachen, zoals geschetst in figuur 1a.
Omdat beide effecten in de huidige werkwijze voor het voorspellen van de zettingen bij geringe belasting niet wordt meegenomen, kunnen deze een verklaring geven voor een mogelijk verschil tussen de zettingsvoorspelling en de werkelijk optredende zetting.
Analyse beschikbare proefdata
In een volgende stap is de beschikbare data van reeds uitgevoerde proeven geanalyseerd. Hierbij zijn drie datasets gebruikt.
De eerste dataset betrof samendrukkingsproeven op zeer slappe klei uit Mexico. De data is nader geanalyseerd door de data van de laboratoriumproeven na te rekenen met de software en rekenprocedures die voor werkelijke ophogingen wordt toegepast. Hieruit volgt dat voor het goed narekenen van de eerste belasting stappen een iets aangepaste parameterset nodig was, dan voor de later toegepaste steppen.
De tweede dataset betrof samendrukkingsproeven op veen. Elke proef bestond uit 7 belastingstappen, waarin de belasting stapsgewijs is op gebouwd. In de tweede en de zevende belastingstap is de belasting een week constant gehouden. In de andere stappen 24 uur. In de analyse van deze proeven is gekeken naar de reksnelheid die aan het einde van de 2e en de 7e stap optrad en in hoeverre deze kon worden berekend met de parameters die voor dezelfde proeven zijn bepaald. Hieruit volgde een goede overeenkomst tussen de berekende en gemeten reksnelheid voor de hoge belastingen, de 7e stap, en een slechte overeenkomst voor de lage belastingen, de 2e stap.
De derde dataset betrof een serie samendrukkingsproeven op klei langs het traject van de verlengde A4, Delft – Schiedam. Op deze locatie is de klei reeds lange tijd, circa 40 jaar, voorbelast geweest. De ontwikkelde grensspanning in deze monsters kan worden gekoppeld aan de kruip die de grond in die periode heeft ondergaan. Recent uitgevoerde samendrukkingsproeven geven een indruk van die grensspanning. Nadere analyse laat zien dat de waarden goed aansluiten bij de modelberekeningen.
Aanvullende proeven
In het kader van het TKI project verbeter zettingsprognose zijn een serie van 12
aanvullende samendrukkingsproeven uitgevoerd. In deze proeven is een verplaatsingssnelheid opgelegd. Door vervolgens de verplaatsingssnelheid te variëren ontstaat een beeld van het isotachenveld, zoals weergegeven in figuur 1. Deze proeven geven uitsluitsel in hoeverre er voor de Nederlandse organische gronden onder laboratoriumomstandigheden er sprake is van gelijke afstanden tussen de isotachen of een afnemende afstand. Figuur 2 geeft een indruk van de resultaten van een van de proeven.
Figuur 2, Resultaat proef 9; blauw en rood zijn de meetdata, het rode deel is gebruikt voor het fitten van de data, de fits per fase zijn te beschouwen als een benadering van de isotachen. Per proeffase is de opgelegde verplaatsingssnelheid gegeven, b geeft de helling van de gefitte lijn weer, R2 de gewogen kleinste kwadratensom van de fit.
Afronding
Het project is nu in de afrondende fase. De resultaten van de drie genoemde componenten zijn thans beschikbaar. In de komende periode worden deze uitgewerkt tot conclusies over de bruikbaarheid van isotachenmodellen voor geringe ophogingen en eventuele aanpassingen in de berekeningsmethode om te komen tot een betrouwbare zettingsvoorspelling.
