paper kviv sonderingen 29052002

7/22/2019 Paper KVIV Sonderingen 29052002

1/17

Afleiden van grondkarakteristieken uit sonderingen: eenoverzicht van de best bruikbare empirische correlaties voor de

Vlaamse praktijk

Dr ir Koenraad ThooftDocent Geotechniek & Opleidingscordinator Industrieel Ingenieur in BouwkundeDe Nayer Instituut ( Hogeschool voor Wetenschap en Kunst Departement Industrile Wetenschappen )

Abstract

Naast de praktische uitvoeringsmodaliteiten, met de meest recente uitvoeringsdetails en normen terzake, van een statischediepsondering plaatst ook het praktische gebruik van sondeerresultaten, meer bepaald het afleiden vangrondkarakteristieken uit deze resultaten, de practicus soms voor een aantal problemen. Deze bijdrage gaat daarom in opeen aantal geschikte ( en ook minder geschikte ) empirische correlaties, waarbij een en ander is getoetst aan vaakvoorkomende grondprofielen in Vlaanderen. Op deze manier poogt de bijdrage een aantal handige instrumenten te leverenvoor het afleiden van grondkarakteristieken uit CPT-proeven.

1. Relatief karakter van grondkarakteristieken en van sondeerresultaten

1.1. Algemeen

De uitvoering van de statische diepsondering ( CPT ) in een van zijn verschillende varianten is in ons land allicht demeest verspreide terreinonderkenningsproef en in het geval van kleine en middelgrote projecten vaak ook de enigeterreinonderkenningsproef die wordt uitgevoerd. Zeker in een tijd waarin ook meer en meer sondeergegevens, al danniet via databanken, digitaal worden beschikbaar gemaakt, is de problematiek van de interpretatie van dezeproefgegevens meer dan ooit actueel.

Deze tekst probeert tegemoet te komen aan deze nood en geeft een beknopt overzicht van een aantal empirische

correlaties die volgens de auteur bruikbaar zijn voor de interpretatie van sonderingen. Meer bepaald zal aandachtbesteed worden aan gegevens omtrent naamgeving van gronden, pakkingsdichtheid van onsamenhangende gronden,schuifweerstand van gronden en vervormbaarheid van gronden. Waar mogelijk worden enige kritische bemerkingen eneventuele randvoorwaarden voor de bruikbaarheid van deze relaties opgesomd.

De cijfervoorbeelden van sonderingen, labo-proefresultaten, resultaten van boringen, en het gebruik van concretecriteria hebben betrekking op terreinen uit het Antwerpse havengebied ( linkeroever ) waar een opeenvolging voorkomtvan quartaire zanden, tertiaire ( glauconiethoudende ) zanden en tertiaire kleien. Er zal blijken dat door het specifiekekarakter van de verbrijzelbare glauconiethoudende zanden de bruikbaarheid van een aantal empirische criteria beperktis.

1.2. Grondkarakteristieken

Bij het gebruik van de gegevens in deze tekst dient de lezer zich wel bewust te blijven van een aantal specifiekeaandachtspunten in de grondmechanica die het gebruik van een aantal parameters en empirische vergelijkingenbeperken. In de meeste standaardteksten en cursussen over grondmechanica wordt de lezer genformeerd over despecifieke eigenschappen van grond, meer in het bijzonder:

Niet-lineair spannings-vervormingskarakter

Niet-lineair breukcriterium

Anisotroop of transvers-anisotroop materiaal

Heterogeen materiaal

Daardoor onderscheidt grond zich van de meeste andere ingenieursmaterialen waar men ( al dan niet benaderend )kan uitgaan van een lineair, isotroop en homogeen materiaal. Praktisch houdt het niet-lineaire karakter van grond eenbelangrijke spanningspad-afhankelijkheid in van een aantal parameters die het ontwerp van een geotechnischeconstructie zullen bepalen. Als voorbeeld kan gewezen worden op de vervormingparameters van een grond inuitgraving ( de herbelastingsconstante A in de wet van Terzaghi ) en op de parameters bij een grond in ophoging, waarmen de maagdelijke samendrukkingconstante C in de wet van Terzaghi gebruikt.

K. Thooft studiedag 29/05/2002 1


2/17

Wanneer men dus voor een ontwerpberekening in de geotechniek best beschikt over proefresultaten van eengeschikte laboratoriumproef voor het afleiden van parameters, dan geldt dit a fortiori ook voor ( meer rudimentaire )empirische formules die men gebruikt om de gelijkaardige parameters af te leiden uit CPT-proefresultaten wegensafwezigheid van labo-proefresultaten ( omwille van economische overwegingen ).

1.3. Opstellen van empirische formules

Bij het opstellen van de empirische formules gaat men doorgaans zorgvuldig te werk en baseert men de vergelijkingenop onderzoeksresultaten op een groot bereik van gronden. Ondanks deze zorgvuldigheid is het echter praktischonmogelijk alle gronden uit het doelbereik in het onderzoek te betrekken. Het toepassen van empirische vergelijkingenhoudt dus steeds een extrapolatie in buiten het oorspronkelijke bereik van gronden waarvoor de relaties oorspronkelijkwerden opgesteld.

Sedert een tweetal decennia worden empirische relaties tussen meetgrootheden uit de CPT-proef en anderegrondmechanische parameters opgesteld in zogenaamde Calibration Chambers. Het betreft hier grote proefmonsters( onsamenhangende gronden ) met een volume van ca 2 m die worden samengesteld op een vooropgesteldepakkingsdichtheid. Nadien worden de monsters verzadigd en onderworpen aan een opgegeven consolidatiesequentie,waarbij ook overconsolidatie kan gesimuleerd worden. Nadien wordt het monster onderworpen aan een CPT-proef.Een typische proefsequentie duurt enkele dagen: effecten zoals cementatie, ageing, kunnen dus niet in dergelijke

proeven opgenomen worden.

1.4. Uitvoeren van sonderingen

Literatuurgegevens geven ook aan dat de sondeersnelheid een invloed heeft op de meetresultaten. Dit hoeft geenverwondering te wekken: bij een (niet-gedraineerde ) penetratie van een grond worden ook porinwaterspanningengegenereerd. Men kan verwachten dat dus vooral in weinig-doorlatende gronden een snelle penetratie zal samengaanmet grotere qc-waarden. Deze redenering blijkt ook, zij het in mindere mate, op te gaan voor goed doorlatende gronden.Op zich dient men zich weinig zorgen te maken over dit fenomeen aangezien ook de penetratiesnelheidgestandaardiseerd is op 20 mm/sec. De keuze voor deze snelheid is pragmatisch en heeft te maken met praktischeredenen van uitvoerbaarheid. Resultaten van vergelijkend onderzoek van sondeerresultaten in Qubecq op een kleilaagmet dunne ( 0,5 tot 4,5 cm ) zandlaagjes en met verschillende sondeersnelheden zijn terug te vinden op figuur 1. Dezandlaagjes zijn enkel terug te vinden bij de lagere sondeersnelheden van 2 mm/sec en 0,2 mm/sec.

Fig. 1: Invloed van de sondeersnelheid bij de registratie van de conusweerstand en de porinwaterspanning bijeen kleilaag in Qubecq.



3/17

De resolutie van sonderingen is beperkt. Men neemt aan dat de een dun zandlaagje in klei kan gedetecteerd wordenwanneer het een minimumdikte heeft van 10 tot 15 keer de conusdiameter ( 360 tot 540 mm dikte ). Een dun kleilaagjein een zandpakket kan gedetecteerd worden vanaf een minimumdikte van 6 tot 8 keer de conusdiameter ( 216 tot 288mm dikte ). Globaal kan men dus stellen dat een grondlaag minstens 500 tot 600 mm dik moet zijn vooraleer men zemet voldoende zekerheid kan detecteren. De resolutie voor een CPTU-sondering is natuurlijk hoger, doch ook hier ismen beperkt, zoals blijkt uit figuur 1.

De uitvoeringsprocedure van een CPT-proef is in verschillende documenten beschreven en genormaliseerd. Tochonderscheidt men verschillende uitvoeringsvarianten in ons land omwille van de specifieke grondprofielen:

Elektrische sondering: E1

Mechanische sondering: M1, M2, M4

Het is hierbij gekend dat bvb. de conusweerstand qc tot 50 % kan verschillen tussen uitvoeringsvariantes onderling instijve klei. Aangezien de empirische criteria steeds opgesteld zijn voor een welbepaalde conusgeometrie dient men zichbij gebruik van empirische correlaties te vergewissen van de gebruikte conusgeometrie en de geldigheid ervan. Sindsenkele jaren is de elektrische sondering ( E1 ) de referentieprocedure: vele correlaties gelden impliciet voor resultatenbekomen met de referentieprocedure.

De lagenopbouw van een grondprofiel kan voor een aantal geotechnische problemen heel belangrijk zijn. Deaanwezigheid van zandlaagjes is bijvoorbeeld zeer belangrijk in consolidatieproblemen en in tal van problemen omtrent

drainage, ontwatering en uitgraving van gronden. De aanwezigheid van kleilaagjes is belangrijk bij het beoordelen vande standzekerheid bij diverse afschuivingproblemen en bijvoorbeeld bij het risico van squeezing bij funderingen opstaal.

Samenvattend kan men dus zeker omtrent het gebruik van empirische relaties bij het interpreteren vansondeerresultaten een aantal randbedenkingen maken:

Interpolatie en extrapolatie tussen gegevens houdt risicos in, zeker bij heterogene lagen van quartaire oorsprong.

Sonderingen zijn geen alternatief voor boringen met monstername en laboratoriumproeven: wanneer het budget

en de omvang van het project het verantwoordbaar maakt is het zeker aan te bevelen sonderingen en hunresultaten aan te vullen met gegevens uit boringen en uit laboratoriumproeven.

Empirische relaties moeten steeds gebruikt worden binnen hun opstelvoorwaarden.

Ook wanneer men gebruik maakt van resultaten van laboratoriumproeven moet men zich terdege bewust zijn van

het niet-lineaire spanningsafhankelijke en spanningsweg-afhankelijke karakter van grond en van de parameters diehet gedrag ervan omschrijven. Men zal dus niet noodzakelijk voor elke toepassing in eenzelfde terrein dezelfdegetalwaarden kiezen voor de ontwerpparameters. Ook sondeerresultaten zullen a fortiori dus niet in staat zijn eenabsoluut antwoord op te leveren voor de keuze van de ontwerpparameters in een geotechnisch probleem.

Controle ter plaatse tijdens de uitvoering van de werken op de aannames uit het grondonderzoek zijn ook hier

essentieel.

2. Grondidentificatie

Oorspronkelijk werd de diepsondering uitgewerkt als middel voor grondidentificatie en voor het bepalen van degrondgelaagdheid. Men kan op deze manier een aantal eenvoudige vuistregels vooropstellen om grondsoorten af te leidenuit de grootteorde van de conusweerstand en de variatie ervan met de diepte:

Normaalgeconsolideerde leem en klei: geen pieken; conusweerstand constant met de diepte; lage conusweerstand ( 20.0

29 3232 3535 3737 4040 42

Bovenstaande waarden gelden voor zuivere zandgronden. Bij grindhoudende zanden mogen de waarden met 2 wordenvermeerderd. Leem- en kleihoudende zanden hebben een hoek van inwendige wrijving die tot 3 lager is dan aangegeven inde tabel.

Voor de vervormbaarheidsmodulus van normaalgeconsolideerde, zuivere zanden gelden, eveneens volgens ENV 1997-3Bijlage B.1. onderstaande richtwaarden in functie van de conusweerstand:

Conusweerstand qc (Mpa) Elasticiteitsmodulus van Young (MPa)0.0 2.52.5 5.05.0 10.010.0 20.0

> 20.0

< 1010 2020 3030 6060 90

Grofkorrelige zandgronden kunnen een E-modulus hebben die tot 50% hoger ligt dan wat bovenstaande tabel oplevert. Klei-en leemhoudende zanden kunnen een E-modulus hebben die tot 50% lager ligt dat wat uit bovenstaande tabel kan aflezen.

Voor de -cofficint wordt verwezen in ENV 1997-3 Bijlage B.1. naar publicaties van Sanglerat:

In de werkgroep voor het NAD bij ENV 1997-1 onder voorzitterschap van het WTCB werd onderstaande tabel ( genspireerdop de Nederlandse praktijk voorgesteld om diverse eigenschappen in verband met pakkingsdichtheid, volumegewicht,schuifweerstandkarakteristieken en vervormbaarheidskarakteristieken uitgaande van de grondsoort en de conusweerstandte kunnen afleiden:



16/17

De conusweerstand en de E-modulus zijn hierbij genormaliseerd voor een korrelspanning v = 100 kPa. Voor afwijkende

waarden kan men gebruik maken van de omrekeningsgrafiek van figuur 13.

Fig 13: omrekeningsfactor

Gegevens over de Eurocode worden pro memorie vermeld en worden op een ander moment meer in detail besproken.

BedankingenHet cijfermateriaal en de correlaties, in deze tekst werden verzameld in het kader van het IWT-project 00216 van hetHobu-fonds door projectmedewerkers ing K. Van Tricht en vooral door ing G. Van Tichelen aan het De Nayerinstituut. Deauteur wenst bij deze gelegenheid hen en het IWT zijn dank te betuigen voor de medewerking en steun.

Literatuur1. Proceedings of the European Symposium on Penetration Testing, ESOPT, Stockholm, June 5 - 7 19742. Proceedings of the Second European Symposium on Penetration Testing, ESOPT II, Amsterdam, May 24 - 27 19823. Proceedings of the First International Symposium on Penetration Testing Volume 1, ISOPT 1 Vol. 2, Orlando, March

20 - 24 19884. Proceedings of the First International Symposium on Penetration Testing Volume 2, ISOPT 1 Vol. 2, Orlando, March

20 - 24 19885. Proceedings of the International Symposium on Cone Penetration Testing Volume 1, CPT 95 Vol. 1, Linkping

Sweden, October 4 - 5 19956. Proceedings of the International Symposium on Cone Penetration Testing Volume 2, CPT 95 Vol. 2, Linkping

Sweden, October 4 - 5 19957. Proceedings of the International Symposium on Cone Penetration Testing Volume 3, CPT 95 Vol. 3, Linkping

Sweden, October 4 - 5 19958. CUR 162 Building on Soft Soils, Balkema, Rotterdam, 19969. Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, T. Lunne, P. K. Robertson & J.J.M. Powell , New York, 199710. Geotechnical Engineering, R. Lancellotta, 199811. In situ Testings and Soil Properties Correlations, May 21-24, 200112. Indonesian experience in In Situ Testing, Bali Indonesia, May 21-24, 2001



17/17

13. Proceedings of the International Conference on In Situ Measurement of Soil Properties and Case Histories, BaliIndonesia, May 21-24, 2001

14. Eurocode 7: ENV 1997 115. Eurocode 7: ENV 1997 216. Eurocode 7: ENV 1997 3

K Thooft studiedag 29/05/2002 17

paper kviv sonderingen 29052002

Documents