onderzoek_geotechiek_opbarsten

15 januari 2013 9R6945.I8/N0014/901605/MJANS/Nijm

1/6

RIVERS, DELTAS & COASTS

A company of Royal HaskoningDHV

HASKONINGDHV NEDERLAND B.V.

Notitie

Aan : Jeroen Snijders, Gerard Kransse Van : Simon van Velp Datum : 15 januari 2013 Kopie : Rik Nieuwhof, Peter van de Kreeke,

Willem Jan van Liere en archief Status : Definitief Onze referentie : 9R6945.I8/N0014/901605/MJANS/Nijm Betreft : Stabiliteit oevers en opbarsten sloot bodems

Inleiding In het kader van het definitief ontwerp voor het Alternatief afvoertracé Pijnackerse Vaart is onderzoek uitgevoerd naar de bodemopbouw en de waterspanningen in watervoerende lagen langs het tracé waar nieuwe watergangen moeten worden gerealiseerd of bestaande watergangen moeten worden uitgebreid. Dit onderzoek is ingezet om te verkennen of de waterbodem ter plaatse van het nieuw te graven gedeelte niet zal opbarsten en of de nieuw te realiseren taluds voldoende stabiel zijn. In onderstaande figuur is het tracé weergegeven dat beoordeeld wordt.

Figuur 1: Overzicht te beoordelen tracé

15 januari 2013 9R6945.I8/N0014/901605/MJANS/Nijm 2/6

In deze notitie zijn de uitgangspunten (uitgevoerd onderzoek en volgens welke methode is onderzocht) weergegeven, waarna de bodemopbouw en de analyses zijn gerapporteerd. Er zijn berekeningen gemaakt om vast te stellen of de uitbreiding van de bestaande watergang leidt tot opbarsten. Daarnaast zijn de nieuwe taluds getoetst met Mstab berekeningen op veiligheid tegen afschuiven. Een overzicht van het uitgevoerde geotechnisch onderzoek is opgenomen in bijlage 1. Uitgangspunten Ten behoeve van de berekeningen zijn de volgende algemene uitgangspunten en/of aannames gehanteerd: Grondonderzoek uitgevoerd door MOS Grondmechanica in juni 2012 met kenmerk

R1200730-RH_1 van d.d. 28 juni 2012; Grondonderzoek uitgevoerd door Fugro B.V. in oktober 2008 met kenmerk 1008-0041-001; Rapport met grondonderzoek van Gemeentewerken Rotterdam t.b.v. tracé Berkel en

Rodenrijs – Delft van d.d. 26 mei 2006; Dwarsprofielen van tekening 2332-710 van d.d. 18 oktober 2009; Toetsen maatgevende nieuwe talud (dwp B-B); Bestaande taluds worden niet of zeer beperkt gewijzigd, deze zijn niet berekend en gaat het

principe van bewezen sterkte op; Ten aanzien van de opbarstberekening is gekozen voor een gemiddeld (reëel) gewicht voor

het grondpakket; Veiligheidsfactor voor opbarsten minimaal 1,2; Berekeningen volgens NEN-EN 9997-1:2011 (Eurocode 7). Bodemopbouw De bodemopbouw bestaat lokaal uit een dik slap lagenpakket van ca. 10-15 m bestaande uit klei en veen. Op enkele sonderingen is een tussenlaag van zand aangetroffen. Omdat er grotendeels klei is aangetroffen in de bovenste lagen is er voor gekozen om voor de stabiliteitstoets aan te houden dat er alleen klei in de bovenste laag aanwezig is. Ten behoeve van de stabiliteitsberekening zijn de volgende karakteristieke parameters gehanteerd voor de ondergrond:

Tabel 1: Karakteristieke parameters ondergrond

Grondsoort Soortelijk gewicht, γdr/γnat

[kN/m3]

Inw. Wrijving, φ

[º]

Cohesie, c’

[kN/m2]

Klei, slap 15 / 15 17,5 3,0

Opbarstberekening Het is bekend dat er in het gebied rond Delft kans bestaat op opbarsten. In het ontwerp voor het alternatieve afvoertracé worden de bestaande watergangen aanzienlijk verbreed en deels verdiept. Hierdoor ontstaat de kans op opbarsten. De waterdruk is aanwezig in de diepere zandlagen gelegen onder ca. NAP -17,0 m en in de zandlaag tussen NAP -10,0 m en NAP -15,0 m. Met name in de hoger gelegen zandlaag zijn relatief hoge waterdrukken ontstaan waardoor opbarsten kan optreden. Dit is gevolg van het lage soortelijke gewicht van de deklaag.


Er zijn ter plaatse van de watergang geen proeven gedaan naar het soortelijk gewicht van de ondergrond. Daarom zijn bestaande onderzoeken nabij de watergang gebruikt om een inschatting te maken van het soortelijk gewicht van de deklaag. Omdat uit het bestaande onderzoek blijkt dat er regelmatig veenlagen voor komen en dat de aanwezige klei ook vrij licht is, komt het gemiddelde gewicht uit op circa 13 kN/m3. Er is bij de gemiddelden rekening gehouden met aanwezige veenlagen. Dit is een gewicht dat gebruikt is om in te schatten hoe gevoelig de ondergrond is voor het opbarsten. Voor de stijghoogtes is gebruik gemaakt van de dissipatieproeven die langs het tracé van de watergang zijn uitgevoerd. In tabel 2 zijn de resultaten van de opbarstberekeningen samengevat. Een compleet overzicht van de berekeningen is terug te vinden in bijlage 2. Tabel 2: Samenvatting resultaten opbarstberekeningen

Sondering Stijghoogte

[NAP…m]

Opwaartse

waterdruk

[kPa]

Gewicht deklaag

[kN/m3]

Veiligheid

SW3 -3,91 128,4 179,1 1,39

SW4 -3,75 121,8 168,3 1,38

SW5 -4,56 126,9 185,6 1,46

SW6 -2,81 64,5 80,0 1,24

SW7 -3,33 70,3 94,6 1,34

SW8 -2,62 67,5 81,6 1,21

SW9 -1,80 70,7 75,1 1,06

SW10 -2,36 74,9 88,1 1,18

Uit de berekeningen blijkt dat de kans op opbarsten van de watergang zeer gering is. Uitgaande van een veiligheidsfactor van 1,2, wordt de vereiste veiligheid niet gehaald bij de sonderingen SW9 en SW10. Dit betekent niet dat opbarsten zonder meer optreed, de veiligheidsmarge is voor deze locaties kleiner. Voor deze grensgevallen kunnen de volgende keuzes worden gemaakt: 1. Aanvullend grondonderzoek naar het soortelijk gewicht van de deklaag ter plaatse van de

watergang. Tevens kan er een kleinere afstand worden gekozen tussen de onderzoekspunten waardoor tracés waar mogelijk opbarsten plaatsvindt nauwkeuriger kunnen worden vastgesteld. Hierdoor is het mogelijk noodzakelijke maatregelen te beperken tot kleinere delen van de watergang. Ter verificatie kunnen van de reeds uitgevoerde boringen de volumegewichten worden bepaald; als deze het bestaande beeld bevestigen, lijkt het niet aan te bevelen om aanvullend boringen uit te voeren; als het beeld sterk wisselt, kunnen aanvullende boringen het beeld verfijnen.

2. Aanvullende stijghoogte bepaling middels peilbuizenmetingen. De gebruikte dissipatieproeven geven een indruk van de stijghoogtes (tot 0,5 m onnauwkeurigheidsmarge).

3. Uitvoeren geavanceerde berekeningen waarbij rekening wordt gehouden met boogwerking van de watergang. Door boogwerking is iets meer weerstand aanwezig tegen opbarsten, dan puur uit een evenwichtsberekening volgt. Het toepassen van taludwerking (of boogwerking) levert waarschijnlijk een beperkte winst op: de Eurocode geeft aan dat boogwerking bij smalle watergangen of sleuven kan worden meegerekend. Het positieve effect van boogwerking bij een watergang met een breedte van bijna 13 m blijft daarom beperkt.


4. De maatregel die genomen moet worden tegen opbarsten dient nader te worden uitgewerkt en geoptimaliseerd. De berekende zand/ grindlaag als ballast volgt uit een evenwichtsberekening. Als in de praktijk een dergelijke laag wordt aangebracht op de slappe veen/klei lagen zijn aanzienlijke zettingen te verwachten. Hierop kan met ontgraving van de watergang op worden geanticipeerd. Op basis van een iteratieve zetting-ballastberekening kan de uitvoeringsmethode en de hoeveelheid zand(grind) worden geoptimaliseerd. Hiervoor is een goed inzicht in het zettingsgedrag van de ondergrond nodig. Aanbevolen wordt hiervoor een praktijkproef uit te voeren en de zettingen te monitoren.

5. Tenslotte kan ook worden overwogen de situatie dat delen van de bodem van de watergang mogelijk opbarsten te accepteren. Op het moment dat dit bij aanleg optreedt, kan de ontstane wel worden gestabiliseerd met geobags en de watergang op diepte worden afgewerkt. De wellen die bij het opbarsten zijn ontstaan, zorgen voor ontspanning van het diepere grondwater en er ontstaat een nieuwe evenwichtssituatie. Dit levert in de watergang extra waterbezwaar op (meer kwel). Dit moet vanuit waterhuishoudkundig oogpunt (waterkwantiteit en –kwaliteit) nader worden beschouwd.

Aanbeveling Gezien het beperkte tekort op de vereiste veiligheidsfactor lijkt het accepteren van de kans op opbarsten het meest voor de hand liggend. De kans dat opbarsten optreed, is gezien de berekeningen zeer klein. Omdat er geen gewichtsbepalingen van de deklaag beschikbaar zijn, levert het nauwkeuriger bepalen van het gewicht van de deklaag meer zekerheid in de berekende veiligheden. Daarnaast zijn aanvullende stijghoogtemetingen (middels peilbuizen) aan te bevelen. Het traject waarvoor extra grondonderzoek wordt aanbevolen is aangegeven in onderstaande figuur.

Figuur 2: Locatie aanvullend onderzoek (blauw).

De oostelijke ‘lus’ rondom het tankstation langs de A13 valt op basis van een hydraulische beschouwing van het Hoogheemraadschap buiten de scope van het project.


Stabiliteit taluds Ten behoeve van de toetsing van de veiligheid van de stabiliteit van de taluds is een enkele berekening uitgevoerd voor een maatgevend profiel van de uitgebreide watergang. De bestaande taluds worden niet of zeer beperkt aangepast. Om deze reden is er vanuit gegaan dat de bestaande taluds veilig zijn na uitbreiding van de watergang (bewezen sterkte). De nieuwe taluds krijgen voornamelijk natuurvriendelijke oevers. Daar waar geen plasberm wordt toegepast krijgt het talud onder water een helling van 1:3. Boven water is de helling 1:2,5. Profiel B-B is maatgevend geacht voor de stabiliteitsberekening. Bij het uitvoeren van de stabiliteitsberekeningen zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: Maatgevend profiel B-B’; Talud onder water 1:3; Talud boven water 1:2,5; Bovenbelasting maximaal een licht onderhoudsvoertuig, 5,0 kN/m2, breedte 2,5 m; Waterstand NAP -3,02 m; De waterbodem is niet opgebarsten; Veiligheidsfactoren volgens NEN-EN 9997-1:

Inwendige wrijving φ: 1,25 (tan); Cohesie: 1,5.

Minimaal resultaat veiligheidsfactor 1,0; Berekening volgens D-Geo-stability van Deltares software versie 10.1 build 1.4. Uit de berekening volgt een veiligheidsfactor van 1,05. In figuur 3 is het resultaat van de berekening weergegeven.

Figuur 3: Resultaat stabiliteitsberekening

Een volledig overzicht van de stabiliteitsberekening is terug te vinden in bijlage 3. De stabiliteit van het maatgevende profiel is gewaarborgd indien er enkel lichte onderhoudsvoertuigen langs de kade rijden. Indien er zwaarder verkeer voorzien wordt dan wordt aangeraden om maatregelen te nemen om de stabiliteit van het talud te verbeteren. Mogelijk zouden dan de taluds kunnen worden verflauwd of een berm worden toegepast. Een andere (waarschijnlijk duurdere) optie is om een beschoeiing te plaatsen.


Conclusies en aanbevelingen Opbarsten waterbodem Gezien het beperkte tekort op de vereiste veiligheidsfactor lijkt het accepteren van de kans

op opbarsten het meest voor de hand liggend. De kans dat opbarsten optreed, is gezien de berekeningen zeer klein. Een beoordeling van de consequenties en waterhuishoudkundige effecten (meer waterbezwaar, negatieve beïnvloeding waterkwaliteit) moet uitwijzen of dit een reële mogelijkheid is.

Omdat er geen gewichtsbepalingen van de deklaag beschikbaar zijn, levert het nauwkeuriger bepalen van het gewicht van de deklaag meer zekerheid in de berekende veiligheden. Daarnaast zijn aanvullende stijghoogtemetingen (middels peilbuizen) aan te bevelen.

Controle taludstabiliteit Voor de bestaande taluds is er van uitgegaan dat er een aanzienlijke cohesie in de bodem aanwezig is omdat de bestaande taluds redelijk steil zijn en hun vorm behouden. De bestaande taluds worden daarom veilig beoordeeld op principe van bewezen sterkte. Er zijn voor de berekeningen relatief veilige parameters aangenomen voor de aanwezige klei. De nieuwe taluds zijn daarbij veilig te rekenen met een lichte verkeerslast in de vorm van een onderhoudsvoertuig of lichte tractor (5,0 kN/m2). Indien er grotere verkeerslasten worden verwacht dienen er maatregelen te worden genomen om de veiligheid van de taluds te waarborgen. Daarnaast is er vanuit gegaan dat de waterbodem wordt beschermd tegen opbarsten. Indien de waterbodem opbarst dan is de veiligheid van de taluds niet te garanderen omdat de waterbodem dan elke sterkte verliest waardoor deze rekentechnisch zal bezwijken. Nijmegen, 15 januari 2013 b.a.

Simon van Velp Bijlage(n): 1 Overzicht sonderingen; 2 Overzicht opbarstberekeningen; 3 Stabiliteit profiel B-B.


Bijlage 1 Overzicht sonderingen


Bijlage 2 Overzicht opbarstberekeningen

Opbarsten watergang-4,07 m NAP

Polderpeil -2,95 m NAPGem. soortelijk gewicht 13,0 kN

Extra stijghoogte 0,0 m

Sondering Maaiveld, huidig Diepte proef Diepte proef Waterdruk Stijghoogte O.k. deklaag Deklaag, nieuw Opwaartse druk Neerw., nieuw Opbarsten? Percentage dikte zand/grind Neerw., nieuw Opbarsten maatr.? Percentage

[NAP…m] [-mv] [NAP…m] [Mpa] [NAP…m] [NAP…m] [m] [kPa] [kN] [m] [kN]SW3 -2,79 -19,42 -22,21 0,1795 -3,91 -17,0 12,9 128,4 179,1 nee 1,39 179,1 nee 1,39SW4 -2,22 -16,17 -18,39 0,1436 -3,75 -16,2 12,1 121,8 168,3 nee 1,38 168,3 nee 1,38SW4 -2,22 -28,04 -30,26 0,2584 -3,92 -17,0 12,9 128,3 179,1 nee 1,40 179,1 nee 1,40SW5 -2,49 -26,29 -28,78 0,2376 -4,56 -17,5 13,4 126,9 185,6 nee 1,46 185,6 nee 1,46SW6 -2,45 -9,38 -11,83 0,0885 -2,81 -9,4 5,3 64,5 80,0 nee 1,24 80,0 nee 1,24SW6 -2,45 -15,39 -17,84 0,1411 -3,46 -11,0 6,9 74,0 101,1 nee 1,37 101,1 nee 1,37SW6 -2,45 -19,25 -21,70 0,1782 -3,53 -17,0 12,9 132,1 179,1 nee 1,36 179,1 nee 1,36SW7 -2,49 -11,37 -13,86 0,1033 -3,33 -10,5 6,4 70,3 94,6 nee 1,34 94,6 nee 1,34SW7 -2,49 -16,37 -18,86 0,1437 -4,21 -16,4 12,3 119,3 170,9 nee 1,43 170,9 nee 1,43SW7 -2,49 -28,42 -30,91 0,2633 -4,07 -18,5 14,4 141,6 198,6 nee 1,40 198,6 nee 1,40SW8 -1,91 -11,49 -13,40 0,1058 -2,62 -9,5 5,4 67,5 81,6 nee 1,21 81,6 nee 1,21SW8 -1,91 -17,73 -19,64 0,1600 -3,33 -9,5 5,4 60,5 81,6 nee 1,35 81,6 nee 1,35SW8 -1,91 -24,06 -25,97 0,2224 -3,30 -19,0 14,9 154,0 205,1 nee 1,33 205,1 nee 1,33SW9 -1,64 -9,25 -10,89 0,0892 -1,80 -9,0 4,9 70,7 75,1 nee 1,06 1,4 84,9 nee 1,20SW9 -1,64 -30,04 -31,68 0,2897 -2,15 -17,5 13,4 150,6 185,6 nee 1,23 185,6 nee 1,23SW10 -2,62 -9,91 -12,53 0,0994 -2,40 -9,9 5,8 73,7 86,9 nee 1,18 0,5 90,4 nee 1,23SW10 -2,62 -14,37 -16,99 0,1435 -2,36 -10,0 5,9 74,9 88,1 nee 1,18 0,5 91,6 nee 1,22SW10 -2,62 -28,52 -31,14 0,2730 -3,31 -16,5 12,4 129,4 172,6 nee 1,33 172,6 nee 1,33

Kenmerkende grondsoorten en gewichtenDiepte Volumegewicht Gemiddelde Gemiddelde totaal

[NAP…m] [kN/m3]B13 -3,67 9,2 12,73 12,9733% veen -5,92 12,9

-9,92 16,1B14 -4,00 13,9 13,5310% veen -6,00 11,7

-8,00 12,7-9,75 15,8

B15 -4,69 9,9 12,7033% veen -7,54 13,6

-9,09 14,6

B16 -3,44 17,4 13,30

50% veen -3,59 13,8

-5,34 10,3

-7,99 11,7

B17 -4,04 11,2 12,60

100% klei -5,09 13,8

-5,94 13,4

-7,09 13,5

-8,09 9,9

-8,84 13,8

(nieuwe) waterbodem


Bijlage 3 Stabiliteit profiel B-B

D-G

eo Stability 10.1 : P

rofiel 60 - QQ

- 1;2,5 - 20120822.sti

Barbarossastraat 35

6522 DK

Nijm

egen

Phone

+31 (0)24 328 42 84

Fax

+31 (0)24 323 93 46

datedrw

.

ctr.

form.

S

VV

E

A4

5-9-2012

Watergang Z

uidpolder

Profiel B

-B'

9R6495

Annex

Talud 1:2,5 / 1:3

Shear Stress Bishop

Materials

Klei, slap

Xm : 23,50 [m]Ym : 1,77 [m]

Radius : 6,83 [m]Safety : 1,05

Max. stress : 7,391 [kN/m2]Min. stress : 2,258 [kN/m2]

40,000

Klei, slap

T1 T1

onderzoek_geotechiek_opbarsten

Documents

Transcript of onderzoek_geotechiek_opbarsten