Kunststoffen - Aanpassen bestaand dijkmateriaal - p51

Berekeningsmethoden/ontwerp

Geotextielen/geogrids

Geotextielen en geogrids kunnen op twee verschillende manieren in de dijk worden toegepast, namelijk als wapeningsmat onder de dijk en als verankerings- en bekledingsmateriaal voor het opzetten van steile wanden.

Bij toepassing van een geotextiel/grid als wapeningsmat onder de ophoging spelen de onderstaande mechanismen een rol:

• Schuifvlak door het geotextiel/grid;

De stabiliteit van de ophoging kan voor een eerste benadering worden gecontroleerd met behulp van een glijvlakberekening bijvoorbeeld volgens de methode Bishop. In een later stadium kan de berekening worden herhaald met behulp van een EEM berekening.

Een afschuifvlak dat door de ophoging en de ondergrond gaat zal het geotextiel/grid op die plaats doorsnijden. Het textiel of de grid zal zich verzetten tegen de vervorming en daardoor op trek worden belast. Voor de maximale schuifweerstand kan worden gerekend met de hoek van inwendige wrijving en/of de cohesie in de grond en de trekkracht uit het geotextiel/grid op de plaats waar dit wordt doorsneden. Uit de berekening volgt welke kracht F nodig is om afschuiven te voorkomen. De benodigde trekkracht in het geotextiel/grid is gelijk aan F/cosδ, waarbij δ de hoek is tussen de glijcirkel en het geo­textiel/grid. De kracht in het geotextiel/grid moet door wrijving kunnen worden overgedragen aan het achterliggende grondmassief. Een geotextiel moet relatief grote vervormingen ondergaan, oplopend tot 10 à 20% , voor dat de volledige sterkte tot ontwikkeling komt. In een ophoging is echter geen grote vervorming toelaatbaar. Om die reden moeten beperkingen worden gesteld aan de op te nemen krachten door het geotex­tiel. Voor een geogrid geldt dezelfde overweging, echter een grid is stijver en zal dus minder vervorming moeten ondergaan om zijn krachten te kunnen leveren (figuur 22).

Deformaties rondom het snijpunt van glijcirkel en geotextiel moeten beperkt blijven tot 1 à 2 cm, dus per zijde van het snijpunt 0,5 à 1 cm. De lengte L waarover het geotextiel/grid zijn krachten aan de grond overdraagt kan worden berekend uit:

De wrijving van het geotextiel en de grond is in dit geval gelijk aan σ_kν tg φ (aan boven- en onderzijde van het geotex­tiel).

De rek die optreedt is (0,005 à 0,001) / L * 100 %.
Aan de hand van de berekende rek en de benodigde trekkracht kan een geotextiel of geogrid worden gekozen dat dit kan leveren.

• Beperken horizontale deformaties;

Een ophoging op een slappe ondergrond zal niet alleen vertica­le deformaties ondergaan, maar zal ook horizontaal willen deformeren (figuur 29). Het geotextiel/grid onder de ophoging zal hierdoor onder trek komen te staan. De trek in het geotex­tiel/grid hangt samen met de grootte van de deformaties en de wrijving tussen grond en geotextiel/grid. Voor een berekening van de maximale trekkracht in het geotextiel/grid en de te verwachten deformaties zijn berekeningen met een elementenmo­del noodzakelijk.

Een geotextiel/grid onder een ophoging op een slappe onder­grond zal in het algemeen in de bouwfase worden gebruikt. De ondergrond is dan nog onvoldoende geconsolideerd en de beno­digde weerstand tegen afschuiven is dan nog te laag. Na ver­loop van tijd zal door consolidatie de sterkte in de onder­grond toenemen en verliest het geotextiel/grid zijn functie. Veroudering van het geotextiel/grid is onder die omstandighe­den toelaatbaar. Er is in Nederland geen ervaring met toepas­sing van geotextielen onder een ophoging waarbij het geotex­tiel blijvend een functie vervult. De onzekerheid over de levensduur speelt daarbij een rol.

Bij het gebruik van geotextielen of geogrids om een steile wand op te bouwen geldt tevens nog dat de wand stabiel moet zijn. Omdat te bereiken moet de onderlinge afstand tussen de geotextielen/grids voldoende klein zijn en moet voldoende verankeringslengte aanwezig zijn. Een aantal mogelijke glij­cirkels is te zien in figuur 24. De uitwerking van de bereke­ning van benodigde verankeringslengte en de afstand tussen de verschillende lagen is uitgewerkt in lit [7].

Figuur 24.

Zand-garen composities

Bij de berekening van zand-garen composities moeten de volgen­ de aspecten worden bekeken:

• stabiliteit zand-garen muur;

De wand van zand-garen wordt als een stijf geheel beschouwd. De wand ondervindt een belasting vanuit het achterliggende zandpakket die moet worden overgebracht naar de ondergrond. Het evenwicht volgt uit een eenvoudige keermuur berekening. Een schema van de op de wand werkende krachten is te zien in figuur 25a. De passieve gronddruk aan de voorzijde van de wand wordt veiligheidshalve niet meegenomen in de berekening.

• interne stabiliteit zand-garen wand;

De wand mag niet afschuiven langs een vlak door de wand. Dit kan worden gecontroleerd met een stabiliteitsberekening waarbij het scbuifvlak door de wand loopt. Voor de maximale schuifweerstand kan worden gerekend met de hoek van inwendige wrijving van het zand en de schijnbare cohesie van het zand­garenmengsel. Belangrijk is rekening te houden met de richting van het schuifvlak ten opzichte van het horizontale vlak (zie figuur 25b).

• macrostabiliteit dijklichaam;

Uiteindelijk moet de dijk ook voldoen aan de macrostabiliteit. Dit kan worden gecontroleerd met een gangbare glijvlakbereke­ning. Alleen bij een schuifvlak dat door de zand-garen wand gaat levert de zand-garen wand een bijdrage aan de macrostabi­liteit (figuur 25c).

Uitvoeringsmethoden

Geotextielen/grids

Bij toepassing van een geotextiel/grid als wapeningsconstruc­tie onder een ophoging op een slecht draagkrachtige ondergrond moet eerst het textiel/grid worden uitgerold. Het wordt vaak aangevoerd in rollen met een lengte van 50 tot 200 meter en breedtes van circa 5 meter. Op de lassen worden de geotextielen/grids met een ruime overlap gelegd. De overlap moet net zo groot zijn als de benodigde verankeringslengte behorend bij de ontwerptrekkracht in het geotextiel/grid in een richting loodrecht op de richting van de las. Over het uitgerolde geotextiel/grid wordt voorzichtig een eerste laag zand uitgereden. Voordat deze laag is aangebracht kan er niet met voertuigen over het textiel worden gereden. De eerste laag dient om het materiaal te verankeren. Rijden er daarna voertuigen over de laag zand met geotextiel, dan kan het geotextiel zijn krachten kwijt door wrijving tussen textiel en de erboven liggende zandlaag.

Op grond van berekeningen kan een ophoogschema worden vastge­steld voor het ophogen op het geotextiel. Dit komt overeen met de gebruikelijke werkwijze van ophogen op slecht draagkrachtige ondergrond, alleen de grootte van de slagen of de tijd tussen de slagen zal afwijken. De wijze van aanbrengen en de eisen ten aanzien van verdichten blijven gelijk.

Bij het maken van steile taluds met behulp van geotextielen grids wijkt de werkwijze af. Aan de taludzijde wordt eerst een hulp ondersteuningsconstructie geplaatst. Het doek wordt uitgerold over de bodem en over de hulpconstructie. De eerste laag zand wordt aangebracht en verdicht. Het zand sluit aan tot aan de hulpconstructie met geotextiel/grid. Vervolgens wordt het textiel/grid teruggeslagen over de reeds aangebrachte laag en kan de volgende laag worden aangebracht. De volgende laag moet zorg dragen voor de verankering van de voorgaande laag. Na het opbouwen van het talud kan de hulpconstructie worden verwijderd.

Om weersinvloeden en mechanische beschadigingen te voorkomen zal het talud moeten worden afgedekt met bijvoorbeeld gestapelde graszoden of een steenachtige bekleding.

Zand-garen composities

De composietwand bestaat uit een vermenging van synthetische polyester garens met zand. De vermenging vindt plaats door het uitstrooien van zand vanaf een lopende band, terwijl gelijkertijd met behulp van waterdruk via een aantal spuitmonden garen met hoge snelheid wordt afgeschoten. De spuitmonden maken daarbij een sinusvormige beweging waardoor het garen verstrengeld in het zandpakket wordt opgenomen. Per laag van circa
0,30 m moet het mengsel worden verdicht om optimale eigen­schappen te verkrijgen. Voor het aanbrengen van grote hoeveelheden zijn machines beschikbaar die werken met tien spuitmon­den en een productie van circa 150 m³ per dag. Voor moeilijk bereikbare plaatsen en kleine hoeveelheden is een handapparaat met 4 spuitmonden beschikbaar. De productie van het handapparaat bedraagt circa 25 m³ per dag.

Afhankelijk van de plaats in het dijkprofiel moet de ruimte tussen het bestaande profiel en de composietwand worden aangevuld of moet het bestaande profiel onder de gewenste helling worden afgegraven. Bij het afgraven zal rekening moeten worden gehouden met de stabiliteit van het achterliggende profiel gedurende de constructieperiode.

Toepassing van garens beperkt de mogelijkheid kabels en leidingen aan te leggen en te laten kruisen met de composietwand. Het is mogelijk kabels en leidingen in te bedden in het mengsel, maar reparatie van kabels en leidingen wordt vervolgens lastig. Overwogen moet worden mantelbuizen aan te leggen, mits dit toelaatbaar is in verband met de waterkerende functie.

Beheer, monitoring en onderhoud

Geotextielen/grids

Een geotextiel/grid dat is toegepast onder een ophoging op een slappe ondergrond vereist geen beheer of onderhoud. De monitoring kan beperkt blijven tot het waarnemen van de afname van de wateroverspanning onder de ophoging en de daarbij optreden­de deformaties. Afwijkingen van de voorspelling moeten een aanwijzing zijn voor de kans op bezwijken bij extreme belastingen.

Zand-garen composities

Zand-garen composities worden aan het oppervlak gebruikt en zijn dus eenvoudig te inspecteren. Bij inspectie vallen mechanische aantastingen te controleren. Verlies aan sterkte door inwerking van chemicaliën of door blootstelling aan de lucht kan alleen worden vastgesteld aan de hand van proeven. Voor dit doel moet een extra stuk zand-garencompositie worden gemaakt naast de dijk. Delen hiervan moeten met tussentijden van vijf of tien jaar worden beproefd.
Begroeiing is op zeer steile taluds niet eenvoudig te onderhouden. Voor dit onderwerp wordt verwezen naar (deel steile taluds).