Parameters SHANSEP normalisatie, S en m
Paragraaf 6.1.7 beschrijft de normalisatie van de ongedraineerde schuifsterkte, su, Door middel van de SHANSEP procedure (vergelijking 6.1.8). Hierbij wordt de schuifsterkte ratio, S en de sterkte toename exponent, m geïntroduceerd. In de SHANSEP procedure speelt de overconsolidatie ratio, OCR een belangrijke rol. De bepaling van de OCR is besproken in paragraaf 4.2.9.
Bepaling met behulp van classificatie
Voor de ongedraineerde schuifsterkte ratio, S, is een ervaringsdatabase opgenomen in ( zie ook tabel 4.3.18). Voor de sterkte toename exponent wordt een waarde tussen 0,5 – 1,0, gemiddeld 0,8 en een verwachtingswaarde 0,9 . Deze waarden gelden voor alle cohesieve grondsoorten, met de opmerking dat het sterkte gedrag voor niet-cohesieve grondsoorten over het algemeen niet met een ongedraineerde schuifsterkte wordt beschreven.
Tabel 4.3.18, Schatting ongedraineerde schuifsterkte ratio op basis van classificatie, uit: (RWS, 2019).
| Grondtype | γ sat [kN/m3 ] | S [ - ] |
| Veen - mineraalarm | 10-11 | 0,30 – 0,44 |
| Veen - kleiig | 11-12 | 0,27 - 0,34 |
| Veen - compact | 10-12 | 0,30 – 0,33 |
| Klei - organisch | 12-14 | 0,16 – 0,38 |
| Klei - schoon | 14-16 | 0,22 – 0,26 |
| Klei - zandig | 16-20 | 0,22 – 0,26 |
Bepaling door middel van directe meting
Er zijn verschillende werkwijzen beschikbaar om de ongedraineerde schuifsterkte ratio, S, uit laboratoriumonderzoek te bepalen:
- Triaxiaalproeven of direct simple shear proeven geconsolideerd bij een spanning hoger dan de grensspanning σ’vy. Deze procedure geeft normaal geconsolideerde proeven. De halve deviatorspanning t (= su) uit deze proeven gedeeld door de gekozen consolidatiespanning σ’vc geeft de normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio S. Voordeel van deze werkwijze is dat iedere proef meteen de normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio S oplevert. Combinatie van gegevens uit verschillende proeven is niet nodig. Effecten van monsterverstoring tijdens het steken van het monster spelen bij deze procedure geen rol.
- Triaxiaalproeven of direct simple shear proeven geconsolideerd bij een spanning gelijk aan de geschatte in situ verticale effectieve spanning σ’vi. Dit zijn overgeconsolideerde proeven. De halve deviatorspanning t (= su) uit deze proeven gedeeld door de gekozen consolidatiespanning σ’vc geeft de overgeconsolideerde ongedraineerde schuifsterkteratio (su/σ’vc)oc. Uit samendrukkingsproeven of constant rate of strain proeven wordt de grensspanning σ’vy en de overconsolidateratio OCR afgeleid. Vervolgens kan aan de hand van vergelijking 6.1.8 uit paragraaf 6.1.7 met behulp van regressietechnieken de waarden voor S worden bepaald. De regressielijn door de punten van (su/σ’vc)oc tegen de overconsolidatieratio OCR geeft S en tevens de sterkte toename exponent m. Voordeel van deze werkwijze is dat het monster in de proeven niet wordt belast met een hoge spanning, zodat de structuur die de grond heeft opgebouwd in het veld zoveel mogelijk intact blijft op voorwaarde dat geen monsterverstoring is opgetreden tijdens het steken van het monster. Nadeel kan zijn dat de proeven bij zeer lage spanningen moeten worden uitgevoerd, waarbij de meetnauwkeurigheid van de apparatuur een significante rol gaat spelen. Een ander nadeel van deze aanpak is dat de schuifsterkte wordt bepaald met triaxiaalproeven of direct simple shear proeven op een grondmonster en dat de grensspanning of OCR wordt bepaald op een ander monster en dat deze gegevens moeten worden gecombineerd. Tot slot kan het zijn dat de OCR in een bepaald laag weinig varieert waardoor de proefresultaten dicht bij elkaar komen te liggen en eenduidige fit lastig uit te voeren wordt.
- De voornoemde werkwijze kan ook worden gevolgd met een procedure waarbij de triaxiaalproeven of direct simple shear proeven eerst worden geconsolideerd bij een hoge spanning boven de grensspanning en vervolgens opnieuw worden geconsolideerd bij een lagere spanning. Dit resulteert in een bekende aan het monster opgelegde OCR. De regressielijn door de punten van (su/σ’vc)oc tegen de OCR geeft S en tevens de sterkte toename exponent m.
De drie procedures leiden vanwege de genoemde voor- en nadelen van deze procedures niet tot dezelfde resultaten. Een analyse van de verschillende proevenseries waarbij gemiddelden en standaardafwijkingen vergeleken worden geven inzicht in de grootte van de onzekerheden in de parameters en maken een beter gefundeerde keuze mogelijk.
Aandachtspunten
De ongedraineerde schuifsterkteratio neemt globaal genomen toe als het organisch stofgehalte toeneemt. Omdat het organisch stofgehalte een sterke correlatie kent met het volume gewicht kan worden gesteld dat S toeneemt met afnemend volume gewicht. Dat wil zeggen dat S voor Hollandveen en Basisveen over het algemeen hoger is dan voor de verschillende kleien.
De interpretatie van de meetgegevens is bij de direct simple shear-proef niet vanzelfsprekend, omdat niet alle spannings-componenten bekend zijn en de oriëntatie van een eventueel afschuifvlak onbekend is. De literatuur geeft diverse manieren om de direct simple shear-proef uit te werken. De grote rek waarde (ultimate state) van de ongedraineerde schuifsterkte su wordt vaak benaderd met: su,e = τe.
Met behulp van laboratoriumonderzoek kan de sterktetoename-exponent m op twee manieren worden bepaald:
- Door het uitvoeren van triaxiaalproeven of direct simple shear proeven bij verschillende waarden van de overconsolidatieratio OCR. De triaxiaalproeven of direct simple shear proeven worden geconsolideerd bij de geschatte in situ verticale effectieve spanning σ’vi. Deze proeven resulteren in een overgeconsolideerde ongedraineerde schuifsterkte ratio (su/σ’vc)oc. De regressielijn, op basis van vergelijking 6.1.8 uit paragraaf 6.1.7, door de punten van (su/σ’vc)oc tegen de OCR geeft de sterkte toename exponent m. Bij deze werkwijze worden de normaal geconsolideerde ongedraineerde schuifsterkte ratio S en de sterkte toename exponent m in samenhang bepaald.
- Uit de verhouding van de stijfheidsindices (zie tekstblok 6.2). Hierbij kan gekozen worden voor een verhouding uit de samendrukkingsconstanten, m = (Cc – Cs)/Cc van de samendrukkingsindices gebaseerd op de isotrope spanning, p’; λ en κ: m = (λ - κ) / λ.
Beide procedures leiden niet tot dezelfde resultaten. Het vergelijken en analyseren van de verschillen geeft inzicht in de grootte van de onzekerheden in de parameters. De waarde van m ligt tussen 0,5 en 1,0.
De tweede procedure, de procedure gebaseerd op de stijfheidsindices, kent over het algemeen een kleinere spreiding dan de eerste methode. Dit wordt verklaard met de verhouding van samendrukkingsindices die een beperkte range kent. De eerste procedure combineert resultaten van verschillende proeven met een grotere spreiding in resultaten tot gevolg. Bij grote variatie in proefresultaten, bijvoorbeeld bij onzorgvuldige proefuitvoering of grote natuurlijke heterogeniteit kan, met methode I, m > 1 of m < 0 worden gevonden. Dit zijn fysisch onrealistische waarden en dienen niet in een berekening te worden toegepast.
Met name voor slappe klei en veen worden samendrukkingsproeven ook in termen van natuurlijke rek uitgewerkt. Dit levert de stijfheidsparameters a, b en c op, zie paragraaf 5.3.3.4). Omdat de verhouding van a en b in dezelfde orde liggen als de verhouding van stijfheden op basis van lineaire rek, Cc en Cs, levert dit vergelijkbare waarden op voor m. Echter, in de afleiding van de m uit samendrukkingsindices is geen gebruik gemaakt van natuurlijke rek (zie vergelijking 6.1.8, paragraaf 6.1.7). Bepaling van m aan de hand van samendrukkingsindices die zijn bepaald op basis van lineaire rek sluit beter aan bij de achterliggende theorie.