Stabiliteit van tijdelijke bouwputten 2005/02.08

De invloed van water op de stabiliteit van bouwputten (helling van de taluds) is al lang gekend. Toch wordt er bij de berekening van de stabiliteit van grond boven het grondwaterniveau slechts zelden rekening mee gehouden. De traditionele rekenmethoden steunen op hypothesen die de grootste veiligheidsmarge waarborgen, waardoor de aannemers vaak genoodzaakt zijn economisch moeilijk haalbare maatregelen te treffen (zeer zwakke helling of keermuur), of geen rekening te houden met de rekenresultaten, wat kan leiden tot instabiliteit, met bewegingen van de grond of afschuivingen tot gevolg.

Het WTCB voert een onderzoek hieromtrent, dat tot doel heeft praktische aanbevelingen op te stellen voor een voorafgaande evaluatie van de stabiliteit van tijdelijke bouwputten, die dichter aanleunt bij de realiteit.

Theoretische grondslag

Bij traditionele geotechnische berekeningen wordt de grond enkel in volledig droge of volledig verzadigde toestand beschouwd, d.w.z. wanneer de ruimte tussen de korrels helemaal gevuld is met lucht of met water. In werkelijkheid is grond die zich boven het grondwaterniveau bevindt (eventueel na een verlaging van de grondwaterstand) echter slechts gedeeltelijk verzadigd. Dit betekent dat er zich in de ruimte tussen de korrels zowel water als lucht bevindt. Hierdoor ondergaat deze grond spanningen tussen de korrels, die zowel veroorzaakt worden door de adsorptiekrachten bij de contactpunten water-vaste stof als door de capillaire werking aan het raakvlak water-lucht.

In de praktijk kunnen deze spanningen, ook aangeduid als 'matrixzuiging', gelijkgesteld worden met een cohesie die de afschuifsterkte van de grond verhoogt en aldus de stabiliteit van de taluds bevordert. Deze zuiging neemt toe naarmate het watergehalte in de grond lager is. Ze is dus afhankelijk van het plaatselijke klimaat en schommelt volgens de seizoenen.

Experimentele bouwput te Limelette

Experimentele bouwput in Limelette, na de afschuivingen die plaatsgrepen in januari en februari 2005 (afmetingen : 20 m x 6 m, diepte : 3 m).
Om het belang van de zuiging voor de stabiliteit van uitgravingen aan te tonen, werd in het proefstation van het WTCB te Limelette een experimentele bouwput gegraven in de gedeeltelijk verzadigde leemgrond (de grondwaterspiegel bevindt zich op een diepte van ongeveer 55 m). Vóór het uitgraven van de bouwput werden 'klassieke' CPT-proeven uitgevoerd alsook specifieke proeven ter bepaling van de zuiging in de grond (met tensiometers). De metingen van de zuiging werden met regelmatige tussenpozen herhaald over een periode van een jaar vóór de graafwerken, en hadden tot doel de maximale en minimale zuiging in de grond te bepalen, afhankelijk van het seizoen en de klimaatvoorwaarden.

Aan de hand van deze metingen werd de bouwput zodanig gedimensioneerd dat zijn stabiliteit enkel gerechtvaardigd was (op het vlak van de berekeningen) wanneer de verhoging van de sterkte, verbonden met de zuiging gemeten in de droge periode (van april tot oktober), in rekening gebracht werd. Daarna werd de bouwput uitgegraven (juni 2004) en werd de stabiliteit ervan opgevolgd met verschillende meetinstrumenten ter bepaling van de zuiging, het watergehalte en de verplaatsing. Overeenkomstig de voorspellingen ontstonden de eerste afschuivingen van de bouwput op het ogenblik dat de zwakste zuiging in de grond gemeten werd, met name in januari en februari 2005. Deze bemoedigende resultaten worden momenteel verder onderzocht.

Besluit

Nuttige informatie
Contact
V. Whenham (info@bbri.be).
ir., projectleider, laboratorium 'Geotechniek', WTCB

De zuiging, die rechtstreeks verbonden is met het watergehalte van gedeeltelijk verzadigde grond, is een essentiële parameter voor de beoordeling van de stabiliteit van tijdelijke bouwputten, uitgevoerd boven het grondwaterniveau (of na een verlaging van de grondwaterstand). Het in aanmerking nemen van de zuiging in de berekeningen roept echter tal van vragen op, onder andere omwille van de evolutie ervan in de tijd (afhankelijk van het klimaat, van een eventuele watertoevoer). Het WTCB tracht hierop antwoorden te vinden die rechtstreeks bruikbaar zijn voor de aannemers.