Samendrukbaarheid van grond - Sterkte van de waterkering

De toenemende stijfheid van grond bij samendrukking komt tot uitdrukking in de em­piriscbe logaritmiscbe samendrukkingswet van Terzagbi:

Deze formule geeft de samendrukking llh van een samendrukbaar pakket met dikte h en gemiddelde grondspanning Po onder invloed van een spanningsverboging llp. In de formule is C de samendrukkingsconstante.

Dit verband tussen spanning en vervorming is tijdsonafhankelijk. Bij zand tredende vervormingen vrijwel onmiddellijk op bij bet aanbrengen van de belasting. De formule. van Terzagbi voldoet goed voor zand, maar minder bij klei en veen: Het samendruk­ kingsproces is bij met water verzadigde klei en veen tijdsafhankelijk: vanwege bet consolidatieproces kan de eindzakking eerst na langere tijd worden bereikt. Onder consolidatie wordt verstaan bet uitpersen van water uit de porien tussen bet kor­ relskelet van slecbt doorlatende, samendrukbare grond - zoals klei en veen - onder invloed van een belastingverboging.

Volumeverkleining van de grond is als gevolg van de zeer geringe samendrukbaarbeid van water en korrelmateriaal slecbts mogelijk door afvoer van porienwater. Een belas­ tingverboging manifesteert zicb onmiddellijk in een verboging van de waterspanning. Aan bet einde van bet consolidatieproces zijn de oorspronkelijke waterspanningen weer aanwezig, en wordt de belastingverboging gebeel gedragen door bet korrelskelet van de grond.

Een kenmerkende parameter voor het consolidatieproces is de consolidatiecoëfficiënt c_v:

Hierin is:

k = doorlatendheidscoefficient van de grond [m/s]

m_v = samendrukbaarheidscoefficient van het korrelskelet [m2/N]

n = poriëngehalte van de grond [ -]

J = compressibiliteit van het poriënwater [m2/N]

Qw = volumieke massa van het poriënwater [kg/m3

g = versnelling van de zwaartekracht [m/s2]

Bij volledig met water verzadigde grand wordt de factor nP in de consolidatiecoëfficiënt vanwege zijn geringe bijdrage overigens meestal verwaarloosd. De eindzakking na afloop van het consolidatieproces wordt bij benadering gegeven

door llh = h mv llp. Voor niet te grote spanningsverhogingen llp ten opzichte van de heersende spanning Po volgt de samendrukbaarbeidscoefficient mv bij benadering uit de samendrukkingswet van Terzaghi volgens:

Om het verloop van bet consolidatieproces in de tijd te beschrijven wordt wel gebruik gemaakt van de dimensieloze tijdfactor T volgens:

voor eenzijdige afstroming van water uit een samendrukbaar pakket met dikte h.

figuur 8.3

Ter illustratie is in figuur 8.3 bet verband aangegeven tussen de tijdfactor Ten de zakking of samendrukking in percentages van de eindzakking h mv llp, zoals dat door Terzaghi werd gevonden.

De tijdsduur van het consolidatiepraces wordt de hydrodynamische periode te ge­noemd. Theoretisch komt het consolidatiepraces nooit geheel tot stilstand. Daarom wordt als praktisch einde van de consolidatie wel een aanpassing van ca. 99% genomen. Dan geldt:

Voor de hydrodynamische periode te volgt dan:

Bij tweezijdige afstroming geldt:

Uit deze formules blijkt duidelijk het grote effect van de laagdikte h en van de een- of tweezijdige afstroming op de tijdsduur van het consolidatieproces.

Na het praktische einde van het consolidatieproces gaat de samendrukking meestal nog door. Dit komt doordat de grond - speciaal klei en veen - een soort kruipgedrag ver­toont, dat wil zeggen een doorgaande vervorming bij gelijkblijvende belasting.

Dit wordt het secundair of ook wel seculair effect genoemd. Het gedrag van grond bij samendrukking kan, rekening houdend met dit secundair effect, beschreven worden met de empirische gecombineerde zettingsformule van Terzaghi en Buisman-Koppe­jan:

waarin:

C_P = primaire samendrukkingsconstante [ -]

C_s = secundaire samendrukkingsconstante [ -]

to = 1 etmaal = 86400 s

t = tijdsduur na het aanbrengen van de belasting verhoging  [s]

Deze formule voor een-dimensionale samendrukking wordt algemeen ook toegepast in twee- en drie-dimensionale situaties.

De vertraging in de primaire samendrukking als gevolg van het consolidatieproces is niet in de formule opgenomen. De formule geeft dus een beeld van het samendruk­kingsverloop met de tijd na de hydrodynamische periode. Indien gewenst kan het ver­loop tijdens de hydrodynamische periode worden bepaald met een consolidatiebereke­ning.