O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 556Voor het berekenen van hetdraagvermogen van diepwand-elementen bestaat een aantalbenaderingen. Gezien het ge-brek aan uitvoerige proefresulta-ten voor dergelijke elementen instijve klei steunen deze benade-ringen op een aantal parameters,waarover niet veel gegevensbeschikbaar zijn. Gezien het aan-tal kolommen was het econo-misch verantwoord een aantalproeven uit te voeren om deparameters beter te kunnen be-palen, wat het eventueel moge-lijk zou maken de funderingenminder diep uit te voeren, of voorbepaalde belastingen een diep-wandelement van geringere af-metingen te kiezen. De meestefunderingen zijn wegens degrote belastingen samengesteldeelementen (fig. 1).G r o n d o n d e r z o e kOm de resultaten van de proefaan de bodemomstandighedente kunnen correleren is naast hetdiepwandelement een elektri-sche sondering gemaakt (fig. 2).Proefbelasting op diepwand-element (baret) bij stationAntwerpen-Centraalir. A. Watt, Eurostation; ir. S. D'hoore, Adinco; ir. S. Vandemeulebroecke, SECO.In Cement 1999 nr. 6 [1] is de aanpassing van het station Antwerpen-Centraalaan de HSL Amsterdam ? Brussel besproken. De kolommen van het toekom-stige stationsgebouw worden gefundeerd in de diepe vaste tertiaire klei(Boomse klei, genoemd naar de stad Boom, gelegen ca. 20 km ten zuiden vanAntwerpen, waar deze klei aan de oppervlakte komt). Gezien de grote belas-tingen zijn diepwandelementen de meest geschikte funderingswijze.1 | Funderingselement voorAntwerpen-Centraal1 begane grond2 Antwerpiaan (fijn zand)3 Boomse klei4 samengestelde kolom 2HEM 6005 wachtstaven voorbalken gelijkvloers- ofkelderniveau6 aangelaste consolesvoor tussenniveaus7 verankering in baretonder niveau-21+7.00m234-13.00m-22.00m-34.50m56662 | Sondering naast proefbaretO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 5 57Het zwellen van de klei is eenspecifiek probleem dat in dit arti-kel verder niet wordt behandeld.Deze zwelling is wel belangrijkgeweest voor de bouwkundigeelementen. Bij de berekeningenis rekening gehouden met dezwelling van de klei zelf, deinvloed van de diepwandelemen-ten erop en de fasering, waarvoortijdsafhankelijk is gerekend. Omeen idee te geven: de zwellingvan de klei ten gevolge van deuitgraving werd berekend op 120mm; onder invloed van de belas-ting werd een netto maximum-invloed berekend van 76 mm(fig. 3).B e r e k e n i n g s w i j z e o pb a s i s v a n d eg e p u b l i c e e r d e g e g e v e n sDe bepaling van het draagvermo-gen van diepwandelementen ge-beurt in Belgi? op basis van devolgende formule:Ru= Rbu+ Rsuwaarin:Rbuis de ultieme basisweerstand;Rbu= ? b? b? qbu(m)? Abis de vormfactor voor niet-cir-kelvormige basissen zoals baret-ten;= (1+ 0,3 B/L) / 1,3;B is de breedte;L is de lengte;bis een empirische factor dierekening houdt met de uitvoe-ringswijze van de dragende ele-menten en afhankelijk is van degrondsoort; voor OC-klei (over-geconsolideerde klei) en geboor-de elementen is b= 0,8;bis een parameter die rekeninghoudt met de schuifkarakteristie-ken, die afhankelijk zijn van deafmetingen van het beschouwdeelement. Dit is het geval bij voor-belaste gescheurde klei, zoals deBoomse klei; voor de beschouw-de elementen geldt in de Boomseklei b= 0,476;qbu(m) is het grensdraagvermogenafgeleid uit de resultaten van desonderingen;Abis de nominale oppervlaktevan de basis.Rsuis de ultieme wandwrijvings-weerstand;Rsu= Xs? Hi? fi? *pi? qciXsis de omtrek van het funde-ringselement;Hiis de diepte van het elementin de beschouwde laag i;fiis een algemene empirischefactor die rekening houdt met deuitvoeringswijze van de dragen-de elementen, de aard en de ruw-heid van het materiaal van defundering en de karakteristiekendie afhankelijk zijn van de afme-tingen van het beschouwde ele-ment;*piis de verhouding tussen deconusweerstand en de wrijving.Voor een diepwandelement van1,5 x 3,0 m2betekent dit:Basis:Rbu= ? b? b? qbu(m) ? Ab= 0,88 ? 0,8 ? 0,476 ? qbu(m) ? Ab= 0,33 ? qbu(m) ? AbSchacht:Rsu= Xs? Hi? fi? *pi? qci= Xs? Hi? 0,5 ? 1/36,6 ? qci= Xs? Hi? 0,014 ? qciIn tabel 1 zijn de parametersvoor OC-gescheurde klei, conformNEN 6743 [2] en de Belgischeformule, voor het proefelementsamengevat.De Nederlandse norm past voorhet werkelijke werk, waarbij deTabel 1 | Parameters voor OC-gescheurde klei voor het proefelementparameter NEN 6743 Belgische formulevormfactor ( ) 0,8 0,88uitvoeringsfactor basis ( b) 0,5 0,8conusweerstand / wrijving ( *pi) 1/28,6 1/36,6uitvoeringsfactor wrijving ( fi) 1,0 0,53 | Zwelling van de Boomseklei in mmO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 558grond over circa 20 m dieptewordt uitgegraven, een belangrij-ke verminderingsfactor toe op deconusweerstand en dus zowel ophet draagvermogen aan de basisals op de wrijving (al vermeldt denorm dat de toegepaste formuleaan de veilige kant is). In deBelgische praktijk wordt dit over-gelaten aan de ontwerper. Devraag rijst in hoeverre het toepas-sen van de Nederlandse regel bijOC-klei nog bij de werkelijkheidaansluit.Vraagtekens bij de verschillendeparametersInvloedrijke parameters bij hetpuntdraagvermogen zijn:? de gemeten conusweerstand(volgens welke methode:elektrisch, M4, M1 ?);? de gescheurdheid van deBoomse klei;? de vormfactor: figuur 4 toontde vormfactor die in Belgi?wordt toegepast en conformNEN 6743. Voor toenemendeverhouding lengte/breedte ishet verschil tussen beidewaarden vrij aanzienlijk. Devraag rijst op welke manierdeze factoren in beide landenzijn bepaald. Men kan zichnauwelijks voorstellen dat debodemgesteldheid zich aan degrens plotseling anders zougedragen om genoegen tedoen aan de bollebozen vanpaalcommissies.Bij de wrijvingDe uitvoeringsfactor wrijving iseen grote onbekende: wat is deinvloed van het bentoniet en vanhet zwellend gedrag van de klei.Daarenboven zijn geen vergelijk-bare gegevens beschikbaar. In eenrecent voorstel wordt fiop 0,25gesteld voor diepwandpanelen.Gezien het conservatisme datlogischerwijze in de parametersis ingebouwd, is besloten om eenproefbelasting uit te voeren ombepaalde parameters beter tebepalen. Daarenboven geeft eenproefbelasting direct toepasbareinformatie, waardoor volgensEurocode 7 [3] een lagere veilig-heidsco?ffici?nt kan worden toe-gepast.Voor een bepaling vooraf van hetdraagvermogen van het diep-wandelement is voor de conus-weerstand in de Boomse klei eenformule toegepast die uit een uit-voerig proevenprogramma teKontich (ca. 10 km ten zuidenvan Antwerpen) [4] is afgeleid(tabel 2). Naderhand was eensondering op de bouwplaatsbeschikbaar en bleek de formuledie in Kontich is afgeleid, deconusweerstanden op de proef-plaats te overschatten.De veiligheidsco?ffici?nten zijn 2voor de basis en 3 voor de schacht;waarden die in Belgi? klassiekworden aangenomen. Voor de ter-tiaire voorbelaste klei stelt onderandere De Beer voor om voor deschachtveiligheid 1,8 te nemen(tabel 3). Voor tabel 3 is uitge-gaan van de elektrische sonde-ring naast het diepwandelement.P r o e f o p d i e p w a n d e l e m e n tDoel van de proefHet doel van de proef was deparameters beter te kunnen in-schatten, met de verwachting datkleinere diepwandpanelen ge-bruikt zouden kunnen worden,wat een aanzienlijke besparingzou meebrengen.Beschrijving van de proef- ProefopstellingDe fasering en opstelling van deproef zijn weergegeven in figuur 5.Het diepwandelement is gebe-tonneerd op 9 juli 1999. Aan dehand van rijpheidsmetingen ishet ideale tijdstip bepaald om hetbeton ter plaatse van de vijzels inde drukdozen te scheuren.Tabel 2 | Grensdraagvermogen proefelement zonder rekening te houden met vervormingensituatie berekend grensdraagvermogenformule Kontich elektrische sondering(kN) (kN)punt + 1,5 m schacht*) 12 000 8 5005 m schacht 4 500 3 000diepwandelement 21 000 14 500*) Waar in het vervolg van dit artikel over `punt' wordt gesproken, wordt bedoeld punt + 1,5 m schacht.Tabel 3 | Toelaatbaar draagvermogen vanhet proefelement met veiligheden 2 en 3en met veiligheden volgens De Beersituatie toelaatbaardraagvermogen(kN)veiligheid 2 en 3 6400veiligheid 2 en 1,8 76204 | Vergelijking vormfactorBelgische praktijk enNEN 6743O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 5 59Op 2 ? 4 augustus zijn de ver-schillende belastingstrappen aan-gebracht. In de periode 9 ? 10december is er een herbelastinguitgevoerd.- BelastingsprocedureVoor de belastingsprocedure isgerefereerd aan de LCPC-proce-dure. Deze schrijft tien belas-tingstrappen voor, waarbij elkestap 60 minuten wordt aange-houden. Op tijdstippen die opvoorhand zijn bepaald (1, 2, 3, 4,5, 10, 15, 20, 25, 30, 45 en 60minuten), worden de opgetredenvervormingen gemeten.Om een aanvaardbare tijdsduurvoor de proef te verkrijgen zijnde 10%- en 30%-trap weggelaten.Uiteraard dient de nuttige belas-ting zo goed mogelijk te wordeningeschat teneinde voldoendemeetpunten te hebben voor eencorrecte interpretatie van de proef.P r o e f r e s u l t a t e n e na n a l y s eDe last-zakkingsdiagrammen bijbelasten en herbelasten zijnweergegeven in de figuren 6 en 7.Er zijn twee analysetechniekengebruikt om uit de verrichtemetingen het grensdraagvermo-gen af te leiden. E?n van dezetechnieken tracht dit grensdraag-vermogen te vinden aan de handvan extrapolatie, de andere be-paalt de overgang van pseudo-elastisch naar plastisch gedrag.De herbelasting is uitgevoerd omeventuele tijdseffecten van deBoomse klei beter te kunneninschatten (snelheid van zwellenenz.).5 | Fasering en opstelling van de proefa. fasering b. proefopstellingI graven sleuf 1 begane grondII plaatsen meetkorf 2 AntwerpiaanIII storten beton (fijn zand)IV breken beton 3 Boomse klei4 drukdozen5 meetstavenacbc. detail ter plaatse van drukdozen1 Boomse klei2 baret 1,50 x 3,00 m23 manchettestrip4 wapening ? 40 mm5 beugels ? 20 mm6 PE-buis7 stortkoker ? 360 mm8 leidingkoker 180 x 180 x 8 mm39 leidingen voor platte vijzels e.d.10 acht drukdozen met elk twee platte vijzels? 500 mm11 meetstavenI11123456789101011115+5.02m234-23.00m-28.00m-33.00m-34.50m44II III IVO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 560Extrapolatietechnieken (Chin enVan der Veen)De methoden Chin en Van derVeen zijn extrapolatietechniekenom het grensdraagvermogen uitde resultaten van een paalproefaf te leiden. Naarmate de proefdichter bij de grens wordt uitge-voerd, wordt de extrapolatienauwkeuriger. De formule vanVan der Veen is toegepast voorde belasting aan de basis.De resultaten zijn weergegevenin figuur 8 en tabel 4.LCPC-methodeDeze methode bepaalt g??ngrensdraagvermogen maar gaatop zoek naar de overgang elas-tisch ? plastisch (fig. 9).V e r g e l i j k i n g t u s s e nb e r e k e n d e e n g e m e t e nw a a r d e nVoor de interpretatie wordt devergelijking gemaakt voor hetgehele diepwandelement.Chin-extrapolatiesIn tabel 6 zijn de Chin-extrapola-ties vergeleken met de berekendewaarden.Het grensdraagvermogen uit deproef is omgezet in een nuttigebelasting conform Eurocode 7,gedeelte palen. Uitgaande vaneen belastingsfactor van 1,37 eneen veiligheid van 1,5 voor deproef, is de nuttige belasting7500 kN.LCPC-methodeRekeninghoudend met een co?f-fici?nt van 0,8 op de overgangs-waarde bedraagt de toelaatbarewaarde:0,8 (2 x 2 400 + 6 200) = 8 800 kN.Deze waarde dient dan te wordenTabel 4 | Resultaten extrapolatie volgens Chin en Van der Veensituatie Chin Van der Veen(kN) (kN)2 - 4 aug. 1999 wrijving 1 3 530wrijving 2 3 510punt 8 350 8 1509 - 10 dec. 1999 punt + wrijving 1 11 070 11 100punt 9 130 9 050Tabel 5 | Resultaten LCPC-methodesituatie LCPC-methode(kN)2 - 4 aug. 1999 wrijving 2400punt 6200Tabel 6 | Chin-extrapolaties vergeleken metde berekende waardenChin- berekendeextrapolatie waarden(kN) (kN)Ultimate LimitState 15 400 14 500nuttige belasting 7 500 7 6207 | Herbelastingscurven9 - 10 december 19996 | Belastingscurven 2 - 4 augustus 1999O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFu nder ingencement 2000 5 61vergeleken met de quasi-perma-nente belasting.Over de waarde van deze veilig-heid kan echter gediscussieerdworden. In Belgi? wordt meestaleen lagere waarde gehanteerd.C o n c l u s i e1. De voorspelde waarde vanhet draagvermogen komtgoed overeen met de uit deproefbelasting afgeleidewaarden (afwijking kleinerdan 2%). De gebruikteformule kan dus voor diep-wandelementen wordentoegepast.2. Voor de interpretatie van deresultaten uit de LCPC-methode is het aangewezenom over zoveel mogelijkpunten te beschikken. Bijmeer dan tien stappen moetde proef over twee dagenworden gespreid. Het zalwaarschijnlijk een nauwkeu-riger en makkelijker inter-preteerbaar resultaat geven.3. Voor de Chin- en Van derVeen-methode blijkt dat deherbelasting weinig invloedheeft op het punt- en wrij-vingsdraagvermogen.4. De proefresultaten pleitenervoor om proefbelastingentot zo dicht mogelijk bij debreuk uit te voeren.5. De wrijving in overgeconsoli-deerde gescheurde kleisoor-ten wordt in de NEN 6743overschat. sL i t e r a t u u r1. Watt, A., Antwerpen-Centraal wordt doorgaandstation. Cement 1999, nr. 6.2. NEN 6743 Berekenings-methode voor funderingenop palen, Drukpalen. NNI,Delft, 1991.3. NBN ENV 1997-1, Eurocode7 ? Grondmechanisch ont-werp ? Deel 1 algemeneregels, 1995.4. De Beer, E. et al, Bearingcapacity of displacementpiles in Stiff Fissured Clay(Verslaggever navorsingenIWONL nr 39, maart 1977).5. Holyman, A. et al, Design ofAxially Loaded piles, BelgianPractice. Proceedings of theERTC3 seminar Brussels,April 1997, uitg. A.A.Bolkema, Rotterdam 1977.6. Bustamante, M. etJ.F.Jezequel, Essai statiquede pieu silo? sous chargeaxiale. M?thode d'essai LPCnr. 31, februari 1989.8 | s - Q - diagram puntmoot9 | Last-hellingsdiagram puntproef 2 - 4 augustus 1999