Stabiele ontgraving
Bij een ontgraving of ophoging geeft de wrijving tussen de korrels (schuifspanning) weerstand tegen het gewicht van het bovenliggende grondlichaam. Daarbij drijft het bovenliggende grondlichaam het mechanisme aan, terwijl het onderste deel tegengewicht biedt. Het bovenliggende grondlichaam heeft de neiging om ‘onderuit’ te zakken langs een cirkelvormig glijvlak. Zolang dit glijvlak voldoende oppervlak heeft, en daarbij de wrijving tussen beide grondmoten voldoende groot is, is er sprake van een stabiele ontgraving.
[ link ]
FIguur 5. Mechanisme achter het bezwijken van een talud
De volgende aspecten zijn bepalend voor de stabiliteit van een ontgraving of ophoging:
De taludhelling is bepalend in het evenwicht tussen enerzijds het aandrijvende gewicht van de grondmoot en anderzijds het tegengewicht in teen en weerstand langs het glijvlak. Een flauwere helling schuift af langs een groter cirkelvormig glijvlak. Hoe groter het glijvlak, hoe meer weerstand er gemobiliseerd kan worden en hoe stabieler een ontgraving of ophoging is. De taludhelling van een ontgraving is bij uitstek het aspect waarop in de uitvoering zelf gestuurd kan worden. Het verflauwen van de taludhelling vormt dan ook de primaire beheersmaatregel waarmee een ontgraving stabiel kan worden uitgevoerd. Paragraaf 3.3 geeft een doorkijk naar de oplossingsrichtingen. Het stroomschema van hoofdstuk 4 geeft voor de meest voorkomende situaties veilige taludhellingen.
- de taludhelling;
- de bodemsamenstelling of type ophoogmateriaal;
- de grondwaterstand;
- de tijdsduur van de ontgraving.
De taludhelling is bepalend in het evenwicht tussen enerzijds het aandrijvende gewicht van de grondmoot en anderzijds het tegengewicht in teen en weerstand langs het glijvlak. Een flauwere helling schuift af langs een groter cirkelvormig glijvlak. Hoe groter het glijvlak, hoe meer weerstand er gemobiliseerd kan worden en hoe stabieler een ontgraving of ophoging is. De taludhelling van een ontgraving is bij uitstek het aspect waarop in de uitvoering zelf gestuurd kan worden. Het verflauwen van de taludhelling vormt dan ook de primaire beheersmaatregel waarmee een ontgraving stabiel kan worden uitgevoerd. Paragraaf 3.3 geeft een doorkijk naar de oplossingsrichtingen. Het stroomschema van hoofdstuk 4 geeft voor de meest voorkomende situaties veilige taludhellingen.
Bodemsamenstelling
De bodemsamenstelling ter plaatse van de ontgraving heeft invloed op de stabiliteit van de ontgraving. Het type grond bepaalt namelijk de wrijving en dus de weerstand tegen afschuiven. In het stroomschema van hoofdstuk 4 is het effect van de bodemsamenstelling op de benodigde beheersmaatregelen opgenomen. De Nederlandse bodem kent de grondsoorten grind, zand, leem, klei en veen waarbij verder nog onderscheid gemaakt kan worden in de bijmenging (bijvoorbeeld klei, zwak zandig) en de consistentie (mate van samenhang tussen de bodemdeeltjes). In de ondiepe ondergrond (tot 2 meter onder het maaiveld) komen voornamelijk de volgende grondsoorten voor:
De bodemsamenstelling ter plaatse van de ontgraving heeft invloed op de stabiliteit van de ontgraving. Het type grond bepaalt namelijk de wrijving en dus de weerstand tegen afschuiven. In het stroomschema van hoofdstuk 4 is het effect van de bodemsamenstelling op de benodigde beheersmaatregelen opgenomen. De Nederlandse bodem kent de grondsoorten grind, zand, leem, klei en veen waarbij verder nog onderscheid gemaakt kan worden in de bijmenging (bijvoorbeeld klei, zwak zandig) en de consistentie (mate van samenhang tussen de bodemdeeltjes). In de ondiepe ondergrond (tot 2 meter onder het maaiveld) komen voornamelijk de volgende grondsoorten voor:
- Zand, opgebouwd uit relatief grote korrels (≥ 0,063 mm) die onderling geen samenhang hebben. Zand is onsamenhangend (niet-cohesief), goed waterdoorlatend, weinig samendrukbaar (grote sterkte en stijfheid) en draagkrachtig. Zand kan verder los of vast gepakt zijn, wat invloed heeft op de stabiliteit;
- Klei, opgebouwd uit korrels kleiner dan 0,063 mm. Klei is samenhangend (cohesief), matig tot slecht waterdoorlatend, sterk samendrukbaar (geringe sterkte en stijfheid), en matig tot niet-draagkrachtig. Slappe klei is minder stabiel dan matig/sterke klei;
- Veen is opgebouwd uit gehumificeerd plantaardig materiaal. Veen is samenhangend (cohesief), matig tot slecht waterdoorlatend, zeer sterk samendrukbaar (geringe sterkte en stijfheid), en niet-draagkrachtig.
Geroerde grond
Vooral in stedelijk gebied is een groot deel van de ondergrond al eens geroerd door eerdere graafwerkzaamheden. Door deze vergravingen is de natuurlijke samenstelling en de opbouw van de bodem gewijzigd. Er is dan sprake van geroerde grond. Lokaal zijn lagen vermengd en is de verdichtingsgraad mogelijk afwijkend van wat uit historisch bodemonderzoek kan worden afgeleid. Geroerde grond is ongeschikt om bodemeigenschappen mee te bepalen. Ook door de aanwezigheid van puinresten uit eerdere activiteiten kunnen de eigenschappen van de ondergrond anders uitpakken dan verwacht. Bij graafwerkzaamheden in de geroerde grond dient de uitvoerende partij rekening te houden met een afwijkende constructieve sterkte. Een geroerde laag mag men minder sterkte toerekenen.
Vooral in stedelijk gebied is een groot deel van de ondergrond al eens geroerd door eerdere graafwerkzaamheden. Door deze vergravingen is de natuurlijke samenstelling en de opbouw van de bodem gewijzigd. Er is dan sprake van geroerde grond. Lokaal zijn lagen vermengd en is de verdichtingsgraad mogelijk afwijkend van wat uit historisch bodemonderzoek kan worden afgeleid. Geroerde grond is ongeschikt om bodemeigenschappen mee te bepalen. Ook door de aanwezigheid van puinresten uit eerdere activiteiten kunnen de eigenschappen van de ondergrond anders uitpakken dan verwacht. Bij graafwerkzaamheden in de geroerde grond dient de uitvoerende partij rekening te houden met een afwijkende constructieve sterkte. Een geroerde laag mag men minder sterkte toerekenen.
Grondwaterstand
De grondwaterstand is het heersende waterpeil in de ondergrond ter plaatse van de ontgraving. Met de waterstand in de ondergrond wordt de grens aangegeven waarbij de poriën in het korrelskelet volledig gevuld zijn met water. De grondwaterstand is van invloed op de stabiliteit van de ontgraving. Het effect op de stabiliteit kan zowel positief als negatief uitvallen. Hierna volgt een nadere toelichting en enkele voorbeelden.
De grondwaterstand is het heersende waterpeil in de ondergrond ter plaatse van de ontgraving. Met de waterstand in de ondergrond wordt de grens aangegeven waarbij de poriën in het korrelskelet volledig gevuld zijn met water. De grondwaterstand is van invloed op de stabiliteit van de ontgraving. Het effect op de stabiliteit kan zowel positief als negatief uitvallen. Hierna volgt een nadere toelichting en enkele voorbeelden.
Grondspanning = korrelspanning + waterspanning
Een belangrijke eigenschap van grond (bodem) is dat deze in wisselende mate drukspanningen kan opnemen. Onder invloed van druk ontstaat spanning op de grondkorrels, maar mogelijk ook op het grondwater in de poriën. In water verzadigde grond zal de belasting in eerste instantie door het water gedragen worden, waardoor wateroverspanning ontstaat. Omdat de korrels minder contact hebben kunnen minder schuifspanningen opgenomen worden, wat leidt tot een afname van de stabiliteit van het talud. Water zal onder invloed van druk (zo mogelijk) ontwijken, waardoor de korrelspanning toeneemt. Hierdoor kunnen meer schuifspanningen opgenomen worden, wat een gunstige uitwerking heeft op de stabiliteit van het talud.
Een belangrijke eigenschap van grond (bodem) is dat deze in wisselende mate drukspanningen kan opnemen. Onder invloed van druk ontstaat spanning op de grondkorrels, maar mogelijk ook op het grondwater in de poriën. In water verzadigde grond zal de belasting in eerste instantie door het water gedragen worden, waardoor wateroverspanning ontstaat. Omdat de korrels minder contact hebben kunnen minder schuifspanningen opgenomen worden, wat leidt tot een afname van de stabiliteit van het talud. Water zal onder invloed van druk (zo mogelijk) ontwijken, waardoor de korrelspanning toeneemt. Hierdoor kunnen meer schuifspanningen opgenomen worden, wat een gunstige uitwerking heeft op de stabiliteit van het talud.
Invloed van een hoge grondwaterstand
- Schuifspanningen kunnen alleen worden opgenomen door het korrelskelet en niet door het water in de poriën. Een hoge grondwaterstand heeft vanuit dit aspect dus een nadelige invloed op de stabiliteit.
- Grondwater heeft gewicht en daarmee zorgt het (grond)water dat in de ontgraving (boven het ontgravingsniveau) aanwezig is, voor een tegengewicht of weerstand. Daarmee heeft grondwater een positieve invloed op de stabiliteit van een ontgraving.
- De toestroming van grondwater in/naar de ontgraving kan leiden tot het wegspoelen van grond, wat het talud ondermijnt. Dit heeft een negatieve invloed op de stabiliteit van de ontgraving.
- Ook kan de aanwezigheid van grondwater (boven het ontgravingsniveau) ervoor zorgen dat het zicht op de ondergrond (de taludhelling) ontnomen wordt waardoor het niet zichtbaar is welke situatie daar is en of daar veranderingen in optreden.
Tijdsduur van de ontgraving
De tijdsduur van een ontgraving is medebepalend voor de stabiliteit van de ontgraving. Bij een kortdurende ontgraving zijn de invloeden vanuit de omgeving beperkt, droogt de grond niet uit en is er continu toezicht op de projectlocatie. Bij ontgravingen die korter dan één aaneengesloten werkdag duren, kunnen daarom iets steilere taludhellingen worden aangehouden. De veilig toelaatbare taludhelling bij een ontgraving korter dan één aaneengesloten werkdag komt daarom apart terug in het stroomschema van hoofdstuk 4.
De tijdsduur van een ontgraving is medebepalend voor de stabiliteit van de ontgraving. Bij een kortdurende ontgraving zijn de invloeden vanuit de omgeving beperkt, droogt de grond niet uit en is er continu toezicht op de projectlocatie. Bij ontgravingen die korter dan één aaneengesloten werkdag duren, kunnen daarom iets steilere taludhellingen worden aangehouden. De veilig toelaatbare taludhelling bij een ontgraving korter dan één aaneengesloten werkdag komt daarom apart terug in het stroomschema van hoofdstuk 4.