Consolidatie - Grondmechanische en geohydrologische aspecten

Consolidatie

De consolidatietheorie van Terzaghi geeft een verklaring van het tijdseffect bij de samendrukking van volledig met water verzadigde grond. Daarbij gelden de volgende uitgangspunten en tevens beperkingen:

• De grond is homogeen en volledig met water verzadigd;
• Het korrelmateriaal en het water zijn onsamendrukbaar;
• Er bestaat een lineair verband tussen samendrukking en korrelspanningsverhoging;
• De consolidatiecoëfficiënt is constant gedurende het consolidatieproces.

De samendrukking is klein ten opzichte van de dikte van de beschouwde grondlaag.

Een kenmerkende parameter voor het consolidatieproces is de consolidatiecoëfficiënt:

waarin:

c_v de consolidatiecoëfficiënt [m²/s]

k_vverticale doorlatendheidscoëfficiënt [m/s]

m_v verticale volume samendrukkingscoëfficiënt [m²/kN]; Globaal geldt

voor zand m_v = 10^-5 à 10^-4 m²/kN, voor klei m_v = 10^-4 à 10^-3 m²/kN,

~_w volumiek gewicht van water [kN/m³]

De verhouding tussen de samendrukking op het tijdstip t en de uiteindelijke samendrukking op het tijdstip t = Δ wordt gedefinieerd als de verticale consolidatiegraad U. De consolidatiegraad is dus een functie van de tijd. Om het verband tussen de consolidatiegraad en de tijd weer te geven wordt een tijdsfactor T gedefinieerd:

Hierin is / een afstromingsconstante. In vergelijking (4.3.6) kan onderscheid worden gemaakt in eenzijdige afstroming en tweezijdige afstroming. Bij enkelzijdige afstroming (/ = 1) stroomt het water via de bovenkant of via de onderkant van de beschouwde laag. Een tweezijdige afstroming (/ = 0,5) vindt plaats via de onder- en bovenzijde.

Figuur 4.3.6 geeft het verband tussen de consolidatiegraad en de tijdsfactor.

Figuur 4.3.6 Verband tussen consolidatiegraad U en tijdsfactor T

Het consolidatieproces is beëindigd, wanneer de waterspanning geheel is verdwenen dat theoretisch gesproken pas na een oneindig lange periode wordt bereikt. Derhalve wordt in de praktijk veelal een consolidatiegraad van U= 0,994 genomen, waarbij T = 2,0. Vervolgens kan de consolidatieperiode, tijdsduur Σt_e, tot aan het praktische einde van het consolidatieproces worden berekend met

Indicaties voor de tijdsduur van het consolidatieproces bij een grondopbouw als in West-Nederland zijn:

Σt_e = (/ h)²/5  (jaar) in geval van voornamelijk veen;

Σt_e = (/ h)²/2,5  (jaar) in geval van gemengd klei- en veengrond;

Σt_e = (/ h)²/12,5  (jaar) in geval van voornamelijk klei;

Hierin is Σt_e en h uitgedrukt in respectievelijk jaren en meters. Voor zeer samendrukbare klei met plantenresten (~_sat P13 kN/m³) geldt vaak een veel grotere Σt_e.

EEM methode voor meer-dimensionaal gedrag

Voor de berekening van meerdimensionele vervormingen en zettingen bij ingewikkelde laagopbouw en/of gecompliceerde belastingconfiguraties, zijn de bovenomschreven methoden echter ongeschikt. In die gevallen biedt een eindige-elementenmodel (EEM) (bijvoorbeeld Plaxis) met een realistische spanning-vervormingsrelatie uitkomst.

Binnen Plaxis is een aantal materiaalmodellen geïmplementeerd, die het gedrag van grond beschrijven. In tabel 4.3.1 wordt een overzicht gegeven van de beschikbare modellen en de benodigde materiaalparameters. In het algemeen wordt voor zettingsberekeningen het Soft Soil Creep Model aanbevolen. Voor een beschrijving van dit model wordt verwezen naar de (Ref.) Handleiding Plaxis. Het model van Den Haan komt overeen met de 1-dimensionale weergave van het Soft Soil Creep model, zoals dat in het eindige-elementenmodel Plaxis is geïmplementeerd.

Tabel 4.3.1 Beschikbare materiaalmodellen en benodigde parameters in plaxis