Terreinonderzoek
De belangrijkste bron van onzekerheid in de zettingsvoorspelling wordt gevormd door de verkenning van de ondergrond. Het is onmogelijk om de ondergrond volledig in kaart te brengen. Er zal voldoende grondonderzoek moeten worden uitgevoerd om de gevraagde nauwkeurigheid van de zettingsvoorspelling te garanderen. Het probleem is het vaststellen van de benodigde hoeveelheid grondonderzoek.
Grondlagen die in belangrijke mate bijdragen aan de zetting, moeten door grondonderzoek worden verkend. Meestal is naast de grootte van de zettingen ook het verwachte zettingsverschil van belang. In dergelijke gevallen dient niet alleen aandacht te worden besteed aan de slappe lagen waar veel samendrukking van te verwachten valt, maar ook aan stijvere, minder samendrukbare lagen. Zo zal een zandige geulopvulling in een omgeving van slappe klei en veen leiden tot grote zettingsverschillen. De aanwezigheid van zandige tussenlagen zal over het algemeen de consolidatie aanzienlijk versnellen. Indien bij het uitgevoerde grondonderzoek de afstand tussen de onderzoekspunten groter wordt, neemt de kans toe dat geulen worden gemist. Tegelijk is er een kans dat beschikbare informatie verkeerd wordt geïnterpreteerd, zoals het aanwezig veronderstellen van een zandlaag op basis van een paar ver uit elkaar gelegen onderzoekspunten.
Risicoanalyse en optimaal grondonderzoeksplan
Met de huidige kennis van risicoanalyse is het mogelijk om een inschatting te maken van een optimaal grondonderzoeksplan. Hierbij worden de aanvullende kosten bij een afwijkende grondopbouw, en daarmee een afwijking in de zettingsvoorspelling, afgewogen tegen de meerkosten van extra grondonderzoek. Een voorbeeld van het toepassen van een risicoanalyse bij het vaststellen van de hoeveelheid grondonderzoek kan worden gevonden in een artikel van Calle [22].
Met de huidige kennis van risicoanalyse is het mogelijk om een inschatting te maken van een optimaal grondonderzoeksplan. Hierbij worden de aanvullende kosten bij een afwijkende grondopbouw, en daarmee een afwijking in de zettingsvoorspelling, afgewogen tegen de meerkosten van extra grondonderzoek. Een voorbeeld van het toepassen van een risicoanalyse bij het vaststellen van de hoeveelheid grondonderzoek kan worden gevonden in een artikel van Calle [22].
Sonderingen
Het grondonderzoek is meestal gebaseerd op sonderingen en boringen. In NEN6740 staat voorgeschreven dat bij een ophoging de sondering tot minimaal 5 meter onder de zettingsgevoelige lagen dient te reiken. Voor een betrouwbare bepaling van de laagopbouw zijn sonderingen nodig met meting van de plaatselijke wrijving, uitgevoerd met de elektrische conus. Deze zijn beschreven in NEN5140. Bij een sterk gelaagde bodemopbouw geeft meting van de waterspanning tijdens het sonderen (piezo-sondering) belangrijke extra informatie. In NEN5140 is voor de toelaatbare meetonnauwkeurigheid een klasse-indeling gegeven. Aangezien men op basis van sondeerresultaten een goed onderscheid wenst te maken tussen bijvoorbeeld slappe klei en veen, is minimaal klasse 2 noodzakelijk.
Het grondonderzoek is meestal gebaseerd op sonderingen en boringen. In NEN6740 staat voorgeschreven dat bij een ophoging de sondering tot minimaal 5 meter onder de zettingsgevoelige lagen dient te reiken. Voor een betrouwbare bepaling van de laagopbouw zijn sonderingen nodig met meting van de plaatselijke wrijving, uitgevoerd met de elektrische conus. Deze zijn beschreven in NEN5140. Bij een sterk gelaagde bodemopbouw geeft meting van de waterspanning tijdens het sonderen (piezo-sondering) belangrijke extra informatie. In NEN5140 is voor de toelaatbare meetonnauwkeurigheid een klasse-indeling gegeven. Aangezien men op basis van sondeerresultaten een goed onderscheid wenst te maken tussen bijvoorbeeld slappe klei en veen, is minimaal klasse 2 noodzakelijk.
Boringen en monstername
Boringen worden gebruikt om de grondlaagindeling die volgt uit de sonderingen te verifiëren en om grondmonsters voor laboratoriumonderzoek te verkrijgen. De monstername is beschreven in NEN5119, waarin onderscheid wordt gemaakt tussen geroerde en ongeroerde monsters (zie ook [23]). Om de samendrukkingsparameters te bepalen zijn ongeroerde monsters noodzakelijk. Het verkrijgen van een volledig ongeroerd monster is onmogelijk. In Nederland is het gebruikelijk ongeroerde monsters te steken met het Ackermann-steekapparaat (geslagen monsterbus) en het Begemann-steekapparaat (gedrukte monsterbus). In relatie tot zettingsberekeningen blijkt met name de grensspanning erg gevoelig voor het type monstername. Ook de verdere behandeling van het monster is van belang. Zo kunnen eigenschappen veranderen door uitdroging van het monster. Ook kan bij het ontbreken van horizontale steundruk het monster gaan zwellen, waardoor er een aanzienlijke kracht nodig is om het monster uit de monsterbus te krijgen. Dergelijke verstoringen zijn moeilijk in rekening te brengen, maar dragen flink bij aan de onnauwkeurigheid van de zettingsvoorspelling.
Boringen worden gebruikt om de grondlaagindeling die volgt uit de sonderingen te verifiëren en om grondmonsters voor laboratoriumonderzoek te verkrijgen. De monstername is beschreven in NEN5119, waarin onderscheid wordt gemaakt tussen geroerde en ongeroerde monsters (zie ook [23]). Om de samendrukkingsparameters te bepalen zijn ongeroerde monsters noodzakelijk. Het verkrijgen van een volledig ongeroerd monster is onmogelijk. In Nederland is het gebruikelijk ongeroerde monsters te steken met het Ackermann-steekapparaat (geslagen monsterbus) en het Begemann-steekapparaat (gedrukte monsterbus). In relatie tot zettingsberekeningen blijkt met name de grensspanning erg gevoelig voor het type monstername. Ook de verdere behandeling van het monster is van belang. Zo kunnen eigenschappen veranderen door uitdroging van het monster. Ook kan bij het ontbreken van horizontale steundruk het monster gaan zwellen, waardoor er een aanzienlijke kracht nodig is om het monster uit de monsterbus te krijgen. Dergelijke verstoringen zijn moeilijk in rekening te brengen, maar dragen flink bij aan de onnauwkeurigheid van de zettingsvoorspelling.
Geofysische metingen
Sonderingen en boringen geven informatie over één punt. Door middel van interpolatie wordt veelal de grondopbouw tussen de punten vastgesteld. In een COB-rapport over boortunnels [24] wordt nader ingegaan op de ruimtelijke variabiliteit van de grondlagen. Zoals eerder gesteld, kunnen bij interpolatie fouten ontstaan. Door gebruik te maken van geologische informatie kan de kans op fouten bij de interpolatie worden verminderd. Er blijft echter een aanzienlijke kans op het niet signaleren van geulen of laagovergangen. Met behulp van geofysische metingen (zie bijvoorbeeld CUR 162 [5] of CGF-dictaat) kan een continu beeld van de ondergrond worden verkregen. De geofysische meetmethoden zijn relatieve methoden. Dit wil zeggen dat deze aangeven waar zich in de ondergrond veranderingen in grondopbouw voordoen. Hoe de grondopbouw werkelijk is, zal alsnog met de traditionele onderzoeksmethoden moeten worden vastgesteld. De ervaring leert dat dit meestal niet leidt tot minder traditioneel grondonderzoek. Wel worden de onderzoekspunten efficiënter ingevuld en leidt het toepassen van geofysische metingen tot een duidelijk beter inzicht in de grondlaagopbouw, met name waar het gaat om de exacte locatie van bijvoorbeeld geulranden en grondlaagovergangen.
Sonderingen en boringen geven informatie over één punt. Door middel van interpolatie wordt veelal de grondopbouw tussen de punten vastgesteld. In een COB-rapport over boortunnels [24] wordt nader ingegaan op de ruimtelijke variabiliteit van de grondlagen. Zoals eerder gesteld, kunnen bij interpolatie fouten ontstaan. Door gebruik te maken van geologische informatie kan de kans op fouten bij de interpolatie worden verminderd. Er blijft echter een aanzienlijke kans op het niet signaleren van geulen of laagovergangen. Met behulp van geofysische metingen (zie bijvoorbeeld CUR 162 [5] of CGF-dictaat) kan een continu beeld van de ondergrond worden verkregen. De geofysische meetmethoden zijn relatieve methoden. Dit wil zeggen dat deze aangeven waar zich in de ondergrond veranderingen in grondopbouw voordoen. Hoe de grondopbouw werkelijk is, zal alsnog met de traditionele onderzoeksmethoden moeten worden vastgesteld. De ervaring leert dat dit meestal niet leidt tot minder traditioneel grondonderzoek. Wel worden de onderzoekspunten efficiënter ingevuld en leidt het toepassen van geofysische metingen tot een duidelijk beter inzicht in de grondlaagopbouw, met name waar het gaat om de exacte locatie van bijvoorbeeld geulranden en grondlaagovergangen.
Fins onderzoek laat zien dat het bij lijninfrastructuur zinvol kan zijn om eerst met geofysische methoden in de lengterichting van het tracé een beeld te bepalen van het watergehalte in de ondergrond. Na bepaling van de relatieve zettingsgevoeligheid in het lengteprofiel kan hiermee het verdere veld- en laboratoriumonderzoek gerichter worden ingevuld (zie bijvoorbeeld [26]).
Gefaseerd onderzoek
Als er geen geofysische metingen worden uitgevoerd, kan de onzekerheid over de locatie van overgangen worden verkleind door het veldonderzoek in meerdere fasen uit te voeren. Er wordt dan eerst een grofmazig onderzoek verricht, uiteraard alleen voorzover dat op basis van het historisch onderzoek, archief en kaartmateriaal, nog nodig is. Na interpretatie van de resultaten kan vervolgens meer gedetailleerd onderzoek worden geconcentreerd in die gedeelten waar nog belangrijke onzekerheden met betrekking tot de bodemopbouw aan de orde zijn. De totale kosten van het grondonderzoek hoeven bij deze aanpak niet hoger te zijn dan bij een ongefaseerd onderzoek op de wijze zoals hiervoor omschreven, terwijl de onzekerheid over de bodemopbouw met de gefaseerde werkwijze wel wordt verkleind.
Als er geen geofysische metingen worden uitgevoerd, kan de onzekerheid over de locatie van overgangen worden verkleind door het veldonderzoek in meerdere fasen uit te voeren. Er wordt dan eerst een grofmazig onderzoek verricht, uiteraard alleen voorzover dat op basis van het historisch onderzoek, archief en kaartmateriaal, nog nodig is. Na interpretatie van de resultaten kan vervolgens meer gedetailleerd onderzoek worden geconcentreerd in die gedeelten waar nog belangrijke onzekerheden met betrekking tot de bodemopbouw aan de orde zijn. De totale kosten van het grondonderzoek hoeven bij deze aanpak niet hoger te zijn dan bij een ongefaseerd onderzoek op de wijze zoals hiervoor omschreven, terwijl de onzekerheid over de bodemopbouw met de gefaseerde werkwijze wel wordt verkleind.
Stijghoogte grondwater en waterspanning
Ook het meten van de waterspanningen vormt een onderdeel van het uit te voeren grondonderzoek.
Dit kan geschieden met peilbuizen en waterspanningsmeters (zie bijvoorbeeld CUR 162 [5] of CGF-dictaat [23]).
Ook het meten van de waterspanningen vormt een onderdeel van het uit te voeren grondonderzoek.
Dit kan geschieden met peilbuizen en waterspanningsmeters (zie bijvoorbeeld CUR 162 [5] of CGF-dictaat [23]).
Het plaatsen van peilbuizen is beschreven in NEN5120. Als twee peilbuizen in één boorgat worden geplaatst met als doel op twee verschillende niveaus de stijghoogten te meten, is een zorgvuldige afdichting noodzakelijk om kortsluiting te voorkomen. Peilbuizen zijn met name geschikt voor het meten van de stationaire stijghoogte of langzame veranderingen in goed doorlatende grondlagen, zoals zand en grind.
Met behulp van waterspanningsmeters (elektronische opnemers) kan de waterdruk worden gemeten. Het voordeel van het meten van de waterdruk boven het meten van de stijghoogte is dat snelle drukveranderingen in relatief slechtdoorlatende lagen kunnen worden vastgesteld.
Het gebruik van een sondering met meting van de waterspanning voor het vaststellen van de waterdruk in slechtdoorlatende grondsoorten wordt sterk afgeraden. Vanwege de ondoorlatendheid duurt het te lang voordat een stationair beeld wordt verkregen. In goeddoorlatende grondsoorten, zoals grof zand en grind, kan deze methode wel worden toegepast. Een sondering met waterspanningsmeting kan ook gebruikt worden om een indruk te krijgen van de in situ doorlatendheid. Hiertoe wordt een zogenaamde dissipatietest uitgevoerd.
Inmeting en situatietekening
De maaiveldhoogten van de onderzoekspunten moeten worden gemeten en vastgelegd ten opzichte van een betrouwbaar referentieniveau, bij voorkeur het NAP.
Daarnaast dienen de onderzoekslocaties te worden ingemeten, niet alleen ten opzichte van bestaande constructies maar bij voorkeur ook ten opzichte van de rijksdriehoeksmeting (RD-coördinaten). Bij de rapportage van de terreinwerkzaamheden hoort een duidelijke en eenduidige situatietekening, waarop ten minste moeten zijn aangegeven:
De maaiveldhoogten van de onderzoekspunten moeten worden gemeten en vastgelegd ten opzichte van een betrouwbaar referentieniveau, bij voorkeur het NAP.
Daarnaast dienen de onderzoekslocaties te worden ingemeten, niet alleen ten opzichte van bestaande constructies maar bij voorkeur ook ten opzichte van de rijksdriehoeksmeting (RD-coördinaten). Bij de rapportage van de terreinwerkzaamheden hoort een duidelijke en eenduidige situatietekening, waarop ten minste moeten zijn aangegeven:
- locatie en type van het uitgevoerde grondonderzoek (sondering, boring, peilbuis, vinproef, pressiometerproef, enz);
- schaal van de tekening;
- noordpijl;
- bestaande constructies en objecten (bestaand gebouw, viaduct, watergang, enz).
Met enige regelmaat worden fouten gemaakt bij de interpretatie van het grondonderzoek. Oorzaken zijn onder meer onduidelijkheid over de exacte uitvoeringslocatie, verschil in nummering op de sondeergrafiek en locatietekening en fouten bij het inmeten van maaiveldhoogten. Dergelijke fouten kunnen aanzienlijke gevolgen hebben voor de zettingsvoorspelling, maar kunnen met een goede administratie relatief eenvoudig worden voorkomen (fouten type B). Met name voor grote werken waarbij in verschillende fasen door verschillende bedrijven grondonderzoek wordt uitgevoerd, is het van belang vooraf een goede administratie van het grondonderzoek op te zetten.