Kwaliteitseisen
Algemeen
De eisen waaraan de toegeleverde produkten zullen moeten voldoen, komen voort uit de algemene eis dat het uit de grond toestromende overspannen poriënwater met een zo gering mogelijke weerstand gedurende de gehele consolidatieperiode optimaal wordt afgevoerd. Dit geldt zowel voor de drain als voor de draineerlaag. In dit opzicht is er een sterk onderscheid tussen de zanddrain die in het werk wordt gemaakt, en de kunststofdrain die fabrieksmatig wordt vervaardigd.
DrainzandDe eisen waaraan de toegeleverde produkten zullen moeten voldoen, komen voort uit de algemene eis dat het uit de grond toestromende overspannen poriënwater met een zo gering mogelijke weerstand gedurende de gehele consolidatieperiode optimaal wordt afgevoerd. Dit geldt zowel voor de drain als voor de draineerlaag. In dit opzicht is er een sterk onderscheid tussen de zanddrain die in het werk wordt gemaakt, en de kunststofdrain die fabrieksmatig wordt vervaardigd.
Omdat de zanddrain in het werk wordt vervaardigd, wordt de kwaliteit ervan bepaald door:
- de kwaliteit van de te gebruiken grondstof: het drainzand.
- de kwaliteit van de uitvoering.
De kwaliteit van het drainzand moet zodanig zijn dat het materiaal zowel de filterals transportfunctie kan vervullen. Daartoe worden in het bestek de kwaliteitseisen van de uitvoering beschreven.
Dezelfde kwaliteitsparameters gelden ook min of meer voor de draineerlaag die het consolidatiewater horizontaal moet kunnen afvoeren. De waterdoorlatendheid van het zand moet dus voldoen aan bepaalde criteria. De eisen daarvoor zijn geformuleerd in de Standaard 1990 [Standaard RAW-bepalingen, 1990]:
Dezelfde kwaliteitsparameters gelden ook min of meer voor de draineerlaag die het consolidatiewater horizontaal moet kunnen afvoeren. De waterdoorlatendheid van het zand moet dus voldoen aan bepaalde criteria. De eisen daarvoor zijn geformuleerd in de Standaard 1990 [Standaard RAW-bepalingen, 1990]:
- zand met een tijdelijke of permanente draineerfunctie moet een mineraal materiaal zijn waarvan het gehalte aan minerale deeltjes door zeef 63 μm van de fractie door zeef 2 ìm ten hoogste 5% bedraagt;
- van het materiaal door zeef 2 μm mag het gloeiverlies, gecorrigeerd door het gehalte aan calciumcarbonaat, ten hoogste 3% bedragen;
- van zand met een permanente draineerfunctie moet voorts de fractie op zeef 250 μm ten minste 50% bedragen.
Door de kwaliteit van het zand aldus vast te leggen is de waterdoorlatendheid gegarandeerd. Deze garantie is echter gebaseerd op empirie; in de praktijk is sprake van de nodige spreiding. Het kan voorkomen dat de waterdoorlatendheid binnen het spreidingsgebied aan de lage kant is, terwijl gezien het type werk een stringente eis gewenst is.
Het is daarom aan te bevelen om voor de werken, die - overeenkomstig de categorieindeling in tabel 6 - vallen onder categorie B2 een aanvullend criterium te stellen:
Om te voorkomen dat tijdens het installeren beschadigingen optreden dient de drain weerstand te kunnen bieden aan:
Het is daarom aan te bevelen om voor de werken, die - overeenkomstig de categorieindeling in tabel 6 - vallen onder categorie B2 een aanvullend criterium te stellen:
- Het zand dient een waterdoorlatendheid te hebben die groter is dan k = 1,4*10-4m/s (12 m/etmaal).
Het vaststellen van de zeeffracties dient te geschieden overeenkomstig proef 06 uit de Standaard 1990; de waterdoorlatendheid moet worden bepaald volgens proef 11.1.
Geprefabriceerde kunststofdrain
De fabrieksmatige vervaardiging van kunststofdrains maakt het mogelijk strenge kwaliteitseisen te stellen zowel aan de samenstellende materialen als aan het totaalprodukt. Uit een oogpunt van kwaliteitsbeheer is de noodzaak daarvan zelfs aan te tonen.
De kwaliteitscriteria kunnen wordenbepaald voor de volgende eigenschappen van kunststofdrains:
Weerstand tegen mechanische beschadiging tijdens het aanbrengen (kracht-rekrelatie van de drain).De fabrieksmatige vervaardiging van kunststofdrains maakt het mogelijk strenge kwaliteitseisen te stellen zowel aan de samenstellende materialen als aan het totaalprodukt. Uit een oogpunt van kwaliteitsbeheer is de noodzaak daarvan zelfs aan te tonen.
De kwaliteitscriteria kunnen wordenbepaald voor de volgende eigenschappen van kunststofdrains:
Om te voorkomen dat tijdens het installeren beschadigingen optreden dient de drain weerstand te kunnen bieden aan:
- vervormingen en krachten die ontstaan bij de start van de installatie, als de inbrenglans plotseling in volle snelheid in de slappe grond wordt gebracht of na het passeren van een stijve laag doorschiet in een relatief slappe laag;
- bijkomende vervorming die ontstaat, als de drain over de geleiderollen van de inbrengapparatuur wordt gevoerd.
Nog afgezien hiervan mogen de hier genoemde vervormingen overigens niet te groot worden om te kunnen garanderen dat de drain met de gegeven nominale lengte en doorsnede in de grond wordt gebracht. Aangezien deze eisen in beginsel onafhankelijk zijn van het type werk, zijn ze voor alle klassen gelijk gesteld:
| εf > 2% Ff > 0,5 kN ε0,5 < 10% |
Hierin hebben εf en Ff betrekking op het bezwijken van het zwakste element van de drain: de kern, het filter of de lijn- cq lasnaad. Terwijl ε0,5 betrekking heeft op de rek bij F= 0,5kN van de totale drain (figuur 33).
[ link ]
Figuur 33. Kwaliteitscriteria treksterkte en vervormbaarheid
[ link ]
Figuur 34. Enige resultaten van oriënterende trekproeven
Het bepalen van deze weerstanden en rekken dient te gebeuren met behulp van de in bijlage 4.1 beschreven trekproef. In figuur 34 zijn enige voorbeelden van trekproeven op drains weergegeven.
Weerstand van het natte filter tegen breuk en deformatie ten gevolge van de horizontale gronddruk (trek-rekrelatie van het natte filtermateriaal).Tijdens de levensduur van de drain mag het natte filtervlies enerzijds niet bezwijken en anderzijds niet teveel in de kernprofilering worden gedrukt. Het natte filter dient dus te voldoen aan eisen van vervormbaarheid en sterkte. Uit berekeningen is gebleken dat dergelijke criteria met een eenvoudige trekproef niet eenduidig zijn te stellen, omdat ze nogal sterk afhankelijk zijn van de geometrie van de kernprofilering en de wijze waarop de filtermantel om de drain zit. Daarentegen komen de effecten waar het om gaat, wel aan het licht bij de doorstroomproef, omdat:
- het filter door de celdruk om de kern wordt gespannen;
- het filter als een membraan over de ribben van de kernprofilering hangt, waardoor het zowel onder een trekspanning komt te staan als in de verticale afvoerkanalen wordt gedrukt.
Het treksterktecriterium voor het natte filter kan nu als volgt worden geformuleerd:
| Het filter mag na afloop van de doorstroomproef (zie bijlage III-2) niet bezweken zijn. |
Met deze eis wordt tevens het probleem ondervangen dat voor sommige kernvormen de criteria moeilijk theoretisch te bepalen zijn. Wat de vervormbaarheid van het filter betreft ligt de zaak eenvoudiger: hoe strakker het filter om de drain zit en hoe minder het rekt, des te minder kan het in de afvoerkanalen worden gedrukt en des te minder zal de afvoercapaciteit worden gereduceerd (zie ook hierna: ‘Afvoercapaciteit’).
Figuur 35 toont een voorbeeld van een filter dat tijdens de langeduurdoorstroomproef is bezweken.
Figuur 35 toont een voorbeeld van een filter dat tijdens de langeduurdoorstroomproef is bezweken.
[ link ]
Figuur 35. Bezweken filter
De toelaatbare weerstand bij doorstroming met water in de lengterichting van een gestrekte drain (de afvoercapaciteit).
Voor het goed functioneren van een geprefabriceerde verticale drain mag de weerstand bij doorstroming niet te groot worden. Dit houdt in dat de stijghoogte in de drain niet te groot mag zijn ten opzichte van wateroverspanning die buiten de drain heerst. Bepalend voor het proces dat zich afspeelt, is de horizontale gronddruk, waardoor het filter in de kernprofilering wordt gedrukt. Bovendien kan daardoor de kern worden samengedrukt. Beide effecten vergroten de weerstand bij doorstroming met water en verlagen daarmee de afvoercapaciteit. Een groot aantal doorstroomproeven heeft aangetoond dat deze invloeden goed zijn te bepalen bij een doorstroomproef waarbij het drainmonster gedurende een langere periode onder celdruk is geplaatst. Zowel de grootte van het debiet als de belastingsduur zijn dan sterk bepalend voor het resultaat [Oostveen, 1983, 1984 en 1986; ENEL, 1986].
Het criterium voor afvoercapaciteit kan dan ook als volgt worden geformuleerd:
Voor het goed functioneren van een geprefabriceerde verticale drain mag de weerstand bij doorstroming niet te groot worden. Dit houdt in dat de stijghoogte in de drain niet te groot mag zijn ten opzichte van wateroverspanning die buiten de drain heerst. Bepalend voor het proces dat zich afspeelt, is de horizontale gronddruk, waardoor het filter in de kernprofilering wordt gedrukt. Bovendien kan daardoor de kern worden samengedrukt. Beide effecten vergroten de weerstand bij doorstroming met water en verlagen daarmee de afvoercapaciteit. Een groot aantal doorstroomproeven heeft aangetoond dat deze invloeden goed zijn te bepalen bij een doorstroomproef waarbij het drainmonster gedurende een langere periode onder celdruk is geplaatst. Zowel de grootte van het debiet als de belastingsduur zijn dan sterk bepalend voor het resultaat [Oostveen, 1983, 1984 en 1986; ENEL, 1986].
Het criterium voor afvoercapaciteit kan dan ook als volgt worden geformuleerd:
| De weerstand bij doorstroming met water in de lengterichting van een gestrekt drainmonster dient na een celdruk P [kN/m 2 ] gedurende 7 dagen, zodanig te zijn dat bij een watertemperatuur t = 20°C een debiet Q = 5*10-6 m3 /s de afvoercapaciteit qw = Aw * kw (= Q/i) groter of gelijk is aan de in tabel 6 gegeven waarden. |
Gezien de grote verschillen tussen de werken is het criterium voor de afvoercapaciteit gedifferentieerd naar zowel de celdruk als de afvoercapaciteit zelf. Daardoor vallen de verschillende in het classificatieschema genoemde werken uiteen in een tweetal hoofdcategorieën met elk twee subcategorieën (tabel 6).
[ link ]
Figuur 36. Resultaten doorstroomproeven op gestrekte drains
Wanneer dit voor het classificatieschema nader wordt uitgewerkt blijkt dat van de vier categorieën er in de praktijk maar drie voorkomen (tabel 6: respectievelijk A1=I, B1=II en B2=III). In figuur 37 is de categorie indeling (I, II en III) binnen het classificatieschema weergegeven.
De afvoercapaciteit moet worden bepaald volgens de in bijlage IV.2 beschreven methode. In figuur 36 zijn enige proefresultaten weergegeven.
De afvoercapaciteit moet worden bepaald volgens de in bijlage IV.2 beschreven methode. In figuur 36 zijn enige proefresultaten weergegeven.
[ link ]
Figuur 37. Categorie indeling versus classificatieschema
De toelaatbare weerstand bij doorstroming met water in de lengterichting van een gevouwen drain (reductie als gevolg van een enkele knik).
Als gevolg van de wrijving tussen de grond en de drain wordt de drain gedwongen de verticale samendrukking van de verschillende grondlagen plaatselijk te volgen. Hierdoor ontstaan plooien, vouwen, knikken of opstuikingen. Ook dit verschijnsel veroorzaakt een verdere reductie van de afvoercapaciteit. Uit laboratoriumonderzoek is gebleken dat deze afname toeneemt, naarmate de zettingen groter worden [Van der Griend, 1984; Oostveen, 1984; Schroor, 1988]. Uit zowel terreinmetingen als laboratoriumproeven is duidelijk geworden dat met dit verschijnsel rekening moet worden gehouden, wanneer in de ondergrond plaatselijk een laag voorkomt waarvan de samendrukking groter is dan Si/Li=15%. Aangezien dat in Nederland bijna overal het geval is, met name bij oppervlakteveen, wordt dit criterium voor de afvoercapaciteit voor alle categorieën toegepast:
Als gevolg van de wrijving tussen de grond en de drain wordt de drain gedwongen de verticale samendrukking van de verschillende grondlagen plaatselijk te volgen. Hierdoor ontstaan plooien, vouwen, knikken of opstuikingen. Ook dit verschijnsel veroorzaakt een verdere reductie van de afvoercapaciteit. Uit laboratoriumonderzoek is gebleken dat deze afname toeneemt, naarmate de zettingen groter worden [Van der Griend, 1984; Oostveen, 1984; Schroor, 1988]. Uit zowel terreinmetingen als laboratoriumproeven is duidelijk geworden dat met dit verschijnsel rekening moet worden gehouden, wanneer in de ondergrond plaatselijk een laag voorkomt waarvan de samendrukking groter is dan Si/Li=15%. Aangezien dat in Nederland bijna overal het geval is, met name bij oppervlakteveen, wordt dit criterium voor de afvoercapaciteit voor alle categorieën toegepast:
| De weerstand bij doorstroming met water in de lengterichting van een geknikt drainmonster dient na een celdruk P [kN/m 2 ] gedurende 7 dagen, zodanig te zijn dat bij een watertemperatuur t = 20°C en een debiet Q = 5*10-6 m3 /s de afvoercapaciteit qw = Aw * kw (=Q/i) groter of gelijk is aan de in tabel 7 gegeven waarden. |
De afvoercapaciteit moet worden bepaald volgens de in bijlage IV-3 beschreven methode. In figuur 38 zijn enige proefresultaten weergegeven.
[ link ]
Figuur 38. Resultaten doorstroomproeven op geknikte drains
Toelaatbare weerstand van het filter bij doorstroming met water loodrecht op het filtervlak (de waterdoorlatendheid of permittiviteit van het filter).
Het door de grond naar de drain toestromende water dient met een zo gering mogelijke weerstand het filter te passeren. Dit wil zeggen dat het potentiaalverschil over het filter (Δhf) voldoende klein moet blijven ten opzichte van de buiten de drain heersende wateroverspanning (Δhe). Uit een benaderende berekening kan voor alle klassen eenzelfde criterium voor de waterdoorlatendheid worden geformuleerd in termen van permittiviteit (y = kf /df) voor het in de grond aanwezige filter:
Het door de grond naar de drain toestromende water dient met een zo gering mogelijke weerstand het filter te passeren. Dit wil zeggen dat het potentiaalverschil over het filter (Δhf) voldoende klein moet blijven ten opzichte van de buiten de drain heersende wateroverspanning (Δhe). Uit een benaderende berekening kan voor alle klassen eenzelfde criterium voor de waterdoorlatendheid worden geformuleerd in termen van permittiviteit (y = kf /df) voor het in de grond aanwezige filter:
* y ≥ 5*10-6s-1
In de beproevingsmethode wordt gebruik gemaakt van een schoon filter dat met schoon water wordt doorgestroomd. Dat ideaalbeeld komt in de praktijk niet voor, omdat het filter in de grond altijd in zekere mate door aanslibbing vervuild zal zijn. Uit laboratoriumproeven waarbij een filter met een kleisuspensie is doorgestroomd, is gebleken dat een omrekeningsfactor f = 1000 moet worden aangehouden. Het criterium wordt dan
* y ≥ 5*10-3s-1
Dit geeft voor de meest gangbare filters met een dikte tussen df = 0,2 mm en df = 1,0 mm een variatie in de waterdoorlatendheid:
kf ≥ 1 *10-6m/s bij df = 0,2 mm
kf > 5 *10-6 m/s bij df = 1,0 mm
kf ≥ 1 *10-6m/s bij df = 0,2 mm
kf > 5 *10-6 m/s bij df = 1,0 mm
De permittiviteit dient te zijn bepaald overeenkomstig NEN 5167.
Weerstand van het filter tegen het transport van gronddeeltjes door het filter (retentiecapaciteit of gronddichtheid van het filter).
De uit de grond geërodeerde en met de waterstroming meegevoerde gronddeeltjes mogen geen verstopping van het filter veroorzaken. Bovendien mogen deze deeltjes wanneer ze door het filter zijn meegevoerd, de afvoercapaciteit niet te sterk reduceren door in de verticale afvoerkanaaltjes te bezinken of neer te slaan. De vereiste waterdoorlatendheid van het filter brengt echter met zich mee dat er altijd een zekere hoeveelheid deeltjes door het filter wordt meegevoerd en in de drain zal neerslaan [Vreeken, 1983/1 en 1985]. Daarom zal deze hoeveelheid deeltjes dienen te worden beperkt. Uit berekeningen blijkt dat vrijwel alle gronddeeltjes groter dan 20ìm in de drain zullen bezinken. Aan de andere kant heeft laboratorium- en terreinonderzoek aangetoond dat de hoeveel geërodeerde gronddeeltjes voor de Nederlandse matig erosiegevoelige klei sterk meevalt [Vreeken, 1985, 1988 en 1989]. Omdat de verticale drain in direct contact staat met alle in de ondergrond voorkomende grondlagen, zal bij de gronddichtheid tevens rekening moeten worden gehouden met de cohesieloze lagen. Daarom wordt de grondsoort binnen het overgangsgebied tussen de weinig erosiegevoelige cohesieve grondlaag en de erosiegevoelige cohesieloze grondsoort als maatgevend voor het gronddichtheidscriterium genomen. Onder toepassing van de filterregel dat O90< 2*D90kan het volgende gronddichtheidscriterium worden gesteld:
De uit de grond geërodeerde en met de waterstroming meegevoerde gronddeeltjes mogen geen verstopping van het filter veroorzaken. Bovendien mogen deze deeltjes wanneer ze door het filter zijn meegevoerd, de afvoercapaciteit niet te sterk reduceren door in de verticale afvoerkanaaltjes te bezinken of neer te slaan. De vereiste waterdoorlatendheid van het filter brengt echter met zich mee dat er altijd een zekere hoeveelheid deeltjes door het filter wordt meegevoerd en in de drain zal neerslaan [Vreeken, 1983/1 en 1985]. Daarom zal deze hoeveelheid deeltjes dienen te worden beperkt. Uit berekeningen blijkt dat vrijwel alle gronddeeltjes groter dan 20ìm in de drain zullen bezinken. Aan de andere kant heeft laboratorium- en terreinonderzoek aangetoond dat de hoeveel geërodeerde gronddeeltjes voor de Nederlandse matig erosiegevoelige klei sterk meevalt [Vreeken, 1985, 1988 en 1989]. Omdat de verticale drain in direct contact staat met alle in de ondergrond voorkomende grondlagen, zal bij de gronddichtheid tevens rekening moeten worden gehouden met de cohesieloze lagen. Daarom wordt de grondsoort binnen het overgangsgebied tussen de weinig erosiegevoelige cohesieve grondlaag en de erosiegevoelige cohesieloze grondsoort als maatgevend voor het gronddichtheidscriterium genomen. Onder toepassing van de filterregel dat O90< 2*D90kan het volgende gronddichtheidscriterium worden gesteld:
O90< 160 μm
Zoals in 4.3 reeds is opgemerkt zal voor de erosiegevoelige klei- en siltgronden (ook havenslib) een dichter filter gewenst zijn. In dat geval wordt het gronddichtheidscriterium arbitrair gesteld op:
O90 < 80 μm
De karakteristieke poriënopening van het filter dient te zijn bepaald overeenkomstig de NEN 5168.
Samenvatting en toepassingsvoorbeeld
Tabel 8 toont een overzicht van deze kwaliteitseisen, ingedeeld naar enerzijds de categorie-indeling van werken en anderzijds de soort drain: zanddrain of geprefabriceerde kunststofdrain.
Tabel 8 toont een overzicht van deze kwaliteitseisen, ingedeeld naar enerzijds de categorie-indeling van werken en anderzijds de soort drain: zanddrain of geprefabriceerde kunststofdrain.
k f > 1 *106 m/s bij δf = 0,2 mm
kf > 5 *106 m/s bij δf = 1,0 mm
kf > 5 *106 m/s bij δf = 1,0 mm
Aansluitend op het rekenvoorbeeld in 3.5.3 kan een volgend toepassingsvoorbeeld worden gegeven voor het bepalen van de categorie waarin een werk valt. In het rekenvoorbeeld is uitgegaan van de volgende gegevens:
- pakket slappe lagen met L = 10m met c = 1.10 m2/s en c = 1,5.10 m2/s.
- zettingscriterium, t = 1 jaar (= 3,15.10 s).
- stabiliteitscriterium, t = 4 weken (= 2,42.10 s).
Afhankelijk van de draindiameter en het toe te passen criterium volgde hieruit de volgende drainafstanden (tabel 9).
Verder wordt gesteld dat:
Verder wordt gesteld dat:
- de netto ophoging H = 7,50 m.
- het geplande ophoogtempo dH/dt = 1,50 m/mnd.
- de totale primaire zetting Sp = 2,50 m.
Voor het bepalen van de categorie-indeling van het werk zal de referentieconsolidatietijd (tref) bepaald dienen te worden met:
tref = Φn tn
waarbij
n = D/d
D = (equivalante) drainafstand
d = (equivalente) draindiameter
D = (equivalante) drainafstand
d = (equivalente) draindiameter
Uitwerking van deze formules voor de hierboven genoemde situaties leidt tot respectievelijk tref = 0,55.t95 = 17,3.106 s voor het zettings criteriumen tref = 5.8.t50 = 14,0.106 s voor het stabiliteitscriterium.
Derhalve kan het werk afhankelijk van de gehanteerde toetsingscriteria worden geïdentificeerden kan de categorie-indeling worden bepaald (tabel 10) waarmee tevens de kwaliteitseisen voor de toe te passen drains vaststaan.
Derhalve kan het werk afhankelijk van de gehanteerde toetsingscriteria worden geïdentificeerden kan de categorie-indeling worden bepaald (tabel 10) waarmee tevens de kwaliteitseisen voor de toe te passen drains vaststaan.