InfraTech, 11 januari 2011

Door grond horizontaal belaste palen

Eindrapportage DC/CUR-commissie H408

Ing. Antoine Feddema

Resultaten DC/CUR H408

Probleem- en doelstelling

Probleemstelling:• Voorspelbaarheid horizontale gronddeformaties slecht• Regelmatig schadegevallen• Geen eenduidige methodiek• Optimalisatie ontwerp en uitvoering slecht mogelijk• Steeds strengere eisen

Doelstelling:Een gevalideerde (numerieke) ontwerpmethode en voorspellingsmodel voor door grond horizontaal belaste palen bij ophogingen en de toepassing hiervan in een richtlijn met praktische waarde.

Resultaten DC/CUR H408

Projectfasen

• Literatuurstudie (rekenmethoden en praktijkgevallen)• Centrifugeproeven• Analyse en rapportage praktijkgevallen• Constructieve aspecten beton• Opstellen rekenregel• Eindrapportage

Resultaten DC/CUR H408

Berekeningsmethoden

Horizontale grond-verplaatsingen

TabellenVan IJsseldijk -Loof

Bourges en Mieussens Plaxis 2D Plaxis 2D Plaxis 3D

Stijfheid wand: Paal:- EIpaal / hoh-afstand - Volume-elementen

- EIpaal / sD - Embedded piles

Beddingsconstante PY (API)- Begemann-De Leeuw- Ménard

Gronddruk-coëfficiënt- Brinch Hansen- damwand+ schelpfactor

Verend ondersteunde ligger

Begemann - de Leeuw

Grond-paalinteractie

Horizontale grond-verplaatsingen

TabellenVan IJsseldijk -Loof

Bourges en Mieussens Plaxis 2D Plaxis 2D Plaxis 3D

Stijfheid wand: Paal:- EIpaal / hoh-afstand - Volume-elementen

- EIpaal / sD - Embedded piles

Beddingsconstante PY (API)- Begemann-De Leeuw- Ménard

Gronddruk-coëfficiënt- Brinch Hansen- damwand+ schelpfactor

Verend ondersteunde ligger

Begemann - de Leeuw

Grond-paalinteractie

Grond en paal gesplitst Grond en paal in één model

Resultaten DC/CUR H408

Praktijkgevallen

Gronddeformaties / geen palen:•NoRecess - terp HW1

•BetuweRoute - km16.7

Gronddeformaties incl. palen:•Bricor – palen in teen ophoging met vrije kop

•Europaboulevard (CIAD) – palen in keerwand

•Centrifugeproeven – palen in teen ophoging met ingeklemde kop

Resultaten DC/CUR H408

Modellen t.b.v. analyses

Grondgedrag• Van IJsseldijk-Loof (“Tabellen van De Leeuw”)• Bourges & Mieussens (empirisch)• 2D Eindige elementen modellen (Plaxis Soft Soil, Hardening Soil

en Soft Soil Creep)

Paalgedrag (ligger ondersteund door veren)• MPile• Mhorpile• Plaxis2D/Msheet (“methode CIAD”)

Totale systeem grond-paal• 2D Eindige elementen modellen (Plaxis)• 3D Eindige elementen modellen (Plaxis)

Resultaten DC/CUR H408

Inhoud eindrapport

1. Inleiding2. Bestaande ontwerpmethoden3. Analyse van praktijkgevallen (samenvattingen)4. Plaxis Soft Soil Creep-model5. Aanbevolen ontwerpmethoden:

• Eenvoudig

• Tussenweg

• Uitgebreid6. Beperkingen en aanbevelingen7. Literatuur

Resultaten DC/CUR H408

Plaxis SSC-model

Uit praktijkgevallen:SSC model lijkt meest realistisch en praktisch

Hoofdstuk 4 bevat een beschrijving van de uitgangspunten van het SSC-model en geeft handvatten hoe het goed toe te passen

Aandacht nodig voor juiste keuze MODELparameters:• OverConsolidatie Ratio→kruipsnelheid

• M (K0nc en φ’; let op bij defaultinstellingen!)

• Geen cohesie gebruiken

• Mohr-Coulomb gebruiken voor de toplagen (lage σv’)

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - eenvoudig

Alles BGT; pas bij toetsen palen UGT/BGT

Horizontale gronddeformaties:• Van IJsseldijk-Loof (“tabellen van De Leeuw”) alleen onder strikte

voorwaarden (bijv. Bishop-stabiliteit > 1,6)• Bourges en Mieussens

Grond-paal interactie:• Methode Begemann-De Leeuw

modelfactor Sk ≥ 3

• Maximale gronddruk op paal conform API

σh’

up-ugr

Sλ·λp·σv’Sk·2·∆σxx’

⋅ ⋅k xx

x

2 SΔσk =

Δu

∆uxx

σh’

up-ugr

Sλ·λp·σv’Sk·2·∆σxx’

⋅ ⋅k xx

x

2 SΔσk =

Δu

∆uxx

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - eenvoudig

Paalgedrag:• Paalkop-gedrag uit model totale funderingsconstructie

(bijv. met MPile)• Materiaalgedrag betonpaal:

• Kruip: ongescheurde langeduur betonstijfheid: E = Einitieel/2

• Scheurvorming: E = Einitieel/3

• Alternatief: M-N-κ-diagram

Analyse op de constructie werkende krachten:• Horizontale veerstijfheid:

• Ménard of p-y-curves API

• Reductie gronddruk bij talud• Verticale veerstijfheid conform NEN 6743• Alternatieve methode met equivalente palen

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - eenvoudig

Samenstellen resultaten• Horizontale gronddeformaties + externe belastingen• 2e orde-effecten a.g.v. normaalkrachten

Toetsing sterkte palen:• UGT: Belasting t.g.v. gronddeformaties = permanente belasting

(nu: 1,2 conform NEN 6702-tabel 2)• BGT:

• Scheurvorming

• Verplaatsingen constructie

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - tussenweg

Grond en eventueel palen in 2D EEM Alles BGT; pas bij toetsen palen UGT/BGT

Paal en grond in gescheiden modellen:5. Slappe lagen: Plaxis SSC-model6. Bepaal ongehinderde horizontale gronddeformaties7. Bepaal horizontale gronddruk op oneindig stijve wand8. Bepaal beddingsconstante voor grondlagen die de paal

horizontaal belasten uit:

modelfactor Sk ≥ 3

12.Stop ongehinderde horizontale gronddeformaties en beddingsconstante in verend ondersteunde ligger model

'k xxh

grond

Sk

u

σ⋅∆=∆

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - tussenweg

Paal en grond in één model (bij relatief kleine h.o.h.-afstanden):2. Slappe lagen: Plaxis SSC-model3. Modelleer paal als wand4. Reduceer buistijfheid wand:

• EImodel = EIpaal/hart-op-hart afstand = EIpaal/(S·D)

• Methode toepasbaar bij relatief kleine hart-op-hart afstanden oftewel grond stroomt moeilijk langs palen

• Modelfactor S corrigeert fouten door 2D-aanpak

• Modelfactor kan oplopen tot circa 8

• Modelfactor vooral afhankelijk van sterkte slappe lagen5. Maak berekening6. Bepaal paalmoment uit: Mpaal = Mmodel·S·D

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - tussenweg

Analyse op de constructie werkende krachten• Modellen (lineair eindig elementen model of Plaxis)• Verfijning reductie gronddruk bij taluds (NEN6740 of

Reese&Van Impe)

Materiaalgedrag betonpaal

• Gebruik M-N-κ diagrammen

Samenstellen resultaten

Toetsen sterkte (UGT) en verplaatsing (BGT)

Resultaten DC/CUR H408

Ontwerpmethode - uitgebreid

Alles BGT; pas bij toetsen palen UGT/BGT

Grond en palen in 3D EEM• Slappe lagen: Plaxis SSC-model

• Materiaalgedrag betonpaal met M-N-κ diagram

Analyse op de constructie werkende krachten

Samenstellen resultaten

Toetsen sterkte (UGT) en verplaatsing (BGT)

Resultaten DC/CUR H408

Beperkingen

• Lange termijn gedrag grond (kruip) en paal-grond interactie (beschrijving opzet veldproef)

• 3D-effecten (grootte modelfactor bij 2D-aanpak)

Resultaten DC/CUR H408

Proefterpen Bloemendalerpolder

Kenmerken:• Terp met en zonder

verticale drains• Terphoogte = 3m• Slappe lagen = ca. 6 m

Fasering:• Start ophogen 09/2010• Laatste slag en palen:

02/2011• Verwijderen 1 m:

09/2011• Einde monitoring:

09/2013 of 09/2015

Resultaten DC/CUR H408

EINDE