Deformaties en zettingen - Grondmechanische en geohydrologische aspecten

Deformaties en zettingen

Bij de aanleg van grondconstructies dient rekening te worden gehouden met zettingen ten gevolge van de samendrukbaarheid van grond. In verband hiermee dient een overhoogte te worden aangebracht, zodat het grondlichaam na zetting tenslotte op de geplande hoogte komt te liggen. Daarnaast is bekendheid van de zettingen van belang voor het vaststellen van de hoeveelheden grondverzet.

Primaire zetting

Uit samendrukkingsproeven, waarbij de zijdelingse vervorming wordt verhinderd, vond Terzaghi een rechtlijnig verband tussen de samendrukking en de logaritme van de belasting.

Vergelijking (4.3.3) geeft de primaire samendrukking, die ontstaat door het aanbrengen van een belastingsverhoging op grond. Bij droge grond vindt deze zetting praktisch onmiddellijk plaats. Voor grond dat met water verzadigd is, wordt deze zetting pas bereikt nadat de gehele belasting door het korrelskelet is overgenomen. Deze situatie wordt bereikt wanneer door het uitpersen van het poriënwater alle waterspanning geleidelijk is verdwenen onder simultane samendrukking van grond. Dit verschijnsel wordt consolidatie genoemd.

Grond die eerder belast is geweest gedraagt zich in principe stijver. De samendrukbaarheid van grond in het spanningstraject tot de preconsolidatiespanning (i.e. de maximale spanning waarmee de grond reeds eerder is belast) kan worden weergegeven door de zwellingsconstante C_s. Vergelijking (4.3.3) is geldig voor relatief kleine vervormingen (maximaal circa 20%).

Indien grotere vervormingen optreden, mag vergelijking (4.3.3) worden toegepast, mits de primaire samendrukkingsindex C_c is bepaald voor het belastingtraject dat in de praktijk zal optreden. Een andere oplossing kan worden gevonden door na een bepaalde vervorming de laagdikte en het poriëngetal steeds opnieuw aan te passen (Figuur 4.3.4) zie ook CUR 162, (Ref.) Construeren met grond; bijlage A3.

Secundaire zetting (kruip)

Nadat de consolidatiefase of hydronamische periode is geëindigd, is het verband tussen de samendrukking en de logaritme van de tijd rechtlijnig. Bjerrum presenteerde het totale concept van de Angelsaksische methode. Deze luidt (Ref. Construeren met grond):

waarin:

Σh_s secundaire samendrukking van de grondlaag [m]

C_l secundaire-samendrukkingsindex [-]

Σt tijdsduur van de belasting [dag]

Σt_d tijdsduur van één dag

\Voor zeer samendrukbare grondsoorten zoals klei en veen, waar de volumeveranderingen zeer groot kunnen zijn, is door Butterfield en Den Haan aangetoond dat de Angelsaksische methode ook voor deze vervormingen kan worden toegepast. In dat geval wordt overgestapt op een dubbele logschaal (Ref. Construeren met grond; bijlage E3). Het voordeel van deze uitbreiding is dat een eindige zetting wordt voorspeld en geen te grote, niet realistische zetting.

Figuur 4.3.4 Relatie tussen porositeit en spanning

Een aantal rekenprogramma’s is in de Nederlandse adviespraktijk beschikbaar om het zettingsgedrag van grondconstructies te berekenen. Voor de berekening van het eendimensionale zettingsgedrag van grond kan het programma Msettle worden gebruikt. Het voornemen is om in dit programma zowel de methode conform NEN 6740 als de Angelsaksische methode te implementeren. De Angelsaksische methode wordt zodanig in Msettle geïmplementeerd, dat in de praktijk gewerkt kan worden met de primaire samendrukkingsconstanten C_cen C_sen de secundaire samendrukkingsconstante C_a zoals die uit een samendrukkingsproef conform NEN 5118 zijn bepaald.

Eindzetting

De eindzetting of totale zetting (zie figuur 4.3.5) wordt berekend door sommatie van de primaire en secundaire zetting, waarbij in Nederland wordt gesteld dat de samendrukking praktisch is beëindigd na een, overigens arbitrair gekozen periode van 10⁴ dagen (circa 30 jaar).

waarin:

t tijd [dag]

Z_t totale zetting [m]

Z_p(← ’) primaire zetting volgens NEN 6740 [m], met Z_p = Σh_p

Z_s(t) secundaire zetting volgens NEN 6740 [m], met Z_s = Σh_s

U(t) consolidatiegraad [-]

Figuur 4.3.5 Primaire en secundaire samendrukking