In situ relatieve dichtheid - Methoden analyse verwekingsvloeiing en bresvloeiing

De verwekingsgevoeligheid hangt in de eerste plaats af van de pakking van het zand. Dat is van belang tot een diepte van ongeveer 0,5·H_R onder de teen van het talud. Er zijn eenvoudige regels waarmee in bepaalde omstandigheden kan worden uitgesloten dat grond verwekingsgevoelig is. Zo zijn cohesieve lagen en grof materiaal zoals mijnsteen of grind niet verwekingsgevoelig.

Op basis van de conusweerstand q_c in zand en de diepte kan een schatting van de relatieve dichtheid worden gemaakt. In de literatuur zijn verschillende verbanden gelegd tussen de conusweerstand van een sondering (q_c) en de relatieve dichtheid van zand. Relatieve dichtheid en effectieve verticale spanning blijken verreweg de belangrijkste factoren die de conusweerstand bepalen. De meeste relaties kunnen worden geschreven in de volgende vorm:

waarin σ’_v0 de effectieve verticale spanning is. A, B en C zijn empirisch bepaalde constanten en verschillend per relatie:

Tabel 5.1 Waarden voor A, B en C

[Villet & Mitchell 1981] geeft de meest optimistische resultaten, [Schmertmann 1975] de meest conservatieve. [Baldi et al. 1982] en [Lunne & Christoffersen 1983] verschillen niet veel van elkaar en liggen tussen de andere twee relaties in. Aanbevolen wordt de relatie van Baldi voor de bepaling van de verwachtingswaarde van R_e te gebruiken, indien niet uit andere gegevens kan worden afgeleid welk van deze relaties het beste is op de betreffende locatie.

Deze relaties zijn gebaseerd op metingen in normaal geconsolideerde zanden. Extra horizontale grondspanning doet de conusweerstand toenemen zonder dat de relatieve dichtheid toeneemt. Bij overgeconsolideerd zand kan het zijn dat men uitgaat van een veel hogere relatieve dichtheid dan in het terrein aanwezig is. De graad van overconsolidatie of de horizontale spanning is in situ echter zeer lastig te bepalen. Indien hierover wel informatie beschikbaar is, door schatting of metingen, kan deze in de hieronder gepresenteerde correlaties tussen conusweerstand en relatieve dichtheid meegenomen worden.

Volgens Schmertmann (1976) kan de graad van overconsolidatie, OCR, in de correlatie mee worden genomen door de gemeten conusweerstand q_c;OC in een overgeconsolideerd pakket om te rekenen tot een equivalente, normaal-geconsolideerde conusweerstand q_c;NC met de volgende formule :

Hierin zijn:

OCR = overconsolidatiegraad

β  = constante

K₀ = gronddrukcoëfficiënt (σ’_ho/σ’_vo)

Voor de constante  worden waarden van 0,40 tot 0,52 genoemd, afhankelijk van de relatieve dichtheid. Lunne en Christoffersen (1983) stellen dat de invloed klein is vergeleken met de onnauwkeurigheid in de schatting van de OCR en stellen een gemiddelde waarde van 0,45 voor. De berekende waarde van qc;NCkan vervolgens in de correlatie worden gebruikt om Re te bepalen. Een hogere OCR-waarde bij dezelfde relatieve dichtheid geeft een hogere conusweerstand.

Kulhawy en Mayne (1990) hebben een empirische relatie opgesteld met 3 deelfactoren voor de verwerking van de samendrukbaarheid, graad van overconsolidatie en aging. Aging betreft de verandering in fysische eigenschappen van een geologische afzetting in de tijd. Met betrekking tot zand heeft aging vooral te maken met cementatie (verkitting), verwering en herschikking van het korrelskelet. De relatie van Kulhawy en Mayne is voornamelijk gebaseerd op proeven met jong, schoon, fijn tot matig fijn, uniform zand met voornamelijk kwarts:

Waarin:

q_c1 = dimensieloze conusweerstand

Q_C = samendrukkingsfactor

Q_OCR = overconsolidatiefactor = OCR^0,18

Q_A = agingfactor, afhankelijk van de ouderdom van de afzetting t in jaar pa = atmosferische druk [kPa]

q_c = conusweerstand [kPa]

σ_v0’ = initiële verticale effectieve spanning

Kulhawy en Mayne (1990) stellen voor de volgende waarden te gebruiken voor de verschillende factoren:

• 

Andere variabelen die in hierboven gepresenteerde correlaties niet meegenomen worden, maar waarschijnlijk ook minder invloed hebben op de relatie tussen qc en Re, zijn:

• korrelvorm en vergruisbaarheid: speelt voor de Nederlandse zanden (kwartszanden) geen rol.

• korrelverdeling: bij een fijne fractie (<75 _um) van meer dan 5% à 10% leiden de correlaties door afnemende doorlatendheid waarschijnlijk tot een systematische onderschatting van Re (Jamiolkowski et al. 1988). Bij matig grof tot grof zand leveren de correlaties juist een te lage waarde voor Re. Bij grove benadering kan de gevonden waarde van Reworden vermenigvuldigd worden met een correctiefactor van ca. 1,15.

• Globaal kan men stellen voor zand bij een verticale effectieve spanning die zich bevindt tussen 20 kPa en 200 kPa (20 kPa < σ’_vo< 200 kPa)

  samendrukbaarheid: wordt voornamelijk bepaald door de mineralogische samenstelling, de korrelverdeling en de korrelvorm (Robertson en Campanella 1983). Wordt wel rekening mee gehouden in bovenstaande correlatie van Kulhawy en Mayne (1990).

  Verder in het rapport zal in meer detail ingegaan worden op de modelonzekerheid van de correlatie functies en hoe dit ten behoeve van probabilistische analyses verdisconteerd kan worden in de onzekerheid van R_e.

  De verschillen tussen de correlaties onderling en de verschillen tussen de uitkomsten van de correlaties en die van elektrische dichtheidsmetingen geven aan dat de nauwkeurigheid van de bepaling van de relatieve dichtheid op basis van conusweerstand relatief gering is. Hierop wordt verder ingegaan.

  Uitvoering van enige elektrische dichtheidsmetingen (zie paragraaf 4.3.3) kan om al deze redenen een grote meerwaarde hebben voor de bepaling van de in situ dichtheid.

  De verwekingsgevoeligheid is een functie van meer variabelen dan de relatieve dichtheid (zie de volgende paragraaf). Voor zand zoals doorgaans in Nederland wordt gevonden, kan de waarde van R_e als belangrijkste maat gebruikt worden.

  • :R_e < 0,33 zeer verwekingsgevoelig
  • 0,33 < R_e <0,67 verwekingsgevoelig
  • R_e > 0,67 niet verwekingsgevoelig.

Of een verweking kan optreden in een heel talud, hangt af van de omvang van eventueel verwekingsgevoelige pakketten zand. Als slechts een dunne zandlaag los gepakt is en de rest van het zand vastgepakt, dan zal het talud niet metastabiel kunnen worden. Daarom is de dikte van de zandlaag met een (gemiddeld over die laag) geringe relatieve dichtheid van belang. Bij de standaard gedetailleerde analyse voor het optreden van een zettingsvloeiing wordt de kans van optreden gelijk genomen aan de waarde afgeleid uit de ervaringsstatistiek voor Zeeland, genuanceerd wordt m.b.v. kennis van de fysische mechanismen. Daarbij wordt voor de waarde van Rede waarde gekozen die gemiddeld geldt voor de meest losgepakte laag van 5m dikte.