0

publicatie: Handreiking Observational Method

1. Inleiding

1 Inleiding

1.1 GeoImpuls

Geotechniek richt zich op het bouwen met, in en op de grond, waarbij vooral de sterkte-eigenschappen van die grond maatgevend zijn voor de inspanningen die verricht moeten worden om daarbij veilig te werk te gaan. Geotechniek is een vakgebied waarin het omgaan met onzekerheden voorop staat.

Bekende uitspraken op dit gebied zijn “we kunnen lichtjaren ver omhoog kijken, maar nog geen meter in de grond” of “de onzekerheden bij het ontwerpen met grond zijn 3 x groter dan bij het ontwerpen met beton en zelfs 10 x groter dan bij het ontwerpen met staal”. Niet verwonderlijk derhalve dat Geotechniek een vakgebied is dat is omgeven met enige mystiek, maar het wordt ook geassocieerd met falen en alle bijkomende gevolgen in termen van tijd, geld, kwaliteit en imago.

Het Geo-Impuls programma is erop gericht dit falen met 50% te reduceren. Een van de speerpunten binnen het sector brede programma is het toepassen van de Observational Method. Deze handreiking is het resultaat van de studie die binnen de werkgroep ‘Observational Method’ in het kader van Geo-Impuls is uitgevoerd.

1.2 Waarom een handreiking over de Observational Method?

Bij het ontwerpen van Geotechnische constructies waarbij gebruik gemaakt wordt van de Observational Method wordt afgeweken van wat in normen wordt omschreven als de standaard ontwerppraktijk. Gezien de onzekerheden bij het bepalen van de eigenschappen van grond is het namelijk zo dat, los van de partiële veiligheden die normen voorschrijven voor materiaaleigenschappen en modelnauwkeurigheden, aanvullende statistische bewerkingen van proefresultaten leiden tot “veilige” ontwerpparameters.

Deze veilige ontwerpparameters kennen bijvoorbeeld een zekerheid van 95%, dat wil zeggen dat indien 100 proeven op een bodemlaag worden uitgevoerd er slechts 5 een lagere sterkte bezitten. Meestal mag conform Eurocode 7 ook gebruik worden gemaakt van de ondergrens van het gemiddelde van de parameterwaarden. Gezien de spreiding in grondeigenschappen kan het voor komen dat de karakteristieke waarde aanmerkelijk lager ligt dan de gemiddelde waarde uit de proeven. Op het vervolg van de berekening met deze karakteristieke waarde worden de normale veiligheidsfactoren toegepast om zo te komen tot een voldoende veilig ontwerp. Gegeven deze aanpak is er in veel gevallen dus sprake van een te dure ontwerppraktijk.

Bij toepassing van de Observational Method kan gebruik worden gemaakt van een gekozen parameterwaarde die meestal tussen de gemiddelde waarde en de karakteristieke waarde is gelegen (maar in principe zijn alle waarden mogelijk, zie 3.2.2). Het risico dat we met parameters gaan rekenen die onvoldoende veilig zijn wordt vervolgens afgedekt door tijdens de uitvoering het gedrag van de grond of de te bouwen constructie nauwkeurig te monitoren. Het waargenomen gedrag wordt daarbij getoetst aan het voorspelde gedrag en bovendien zijn de maatregelen die noodzakelijk kunnen zijn bij een ongunstig afwijkend gedrag al voorzien en binnen de noodzakelijke tijd inzetbaar. Er kan worden gesteld dat bij toepassing van de Observational Method veilig en kosteneffectief kan worden ontworpen en risico’s optimaal worden beheerst. Kansen benutten met de Observational Method is het optimaal inspelen op de lokale eigenschappen van de ondergrond.

1.3 1.3 De Observational Method binnen bestaande kaders en trends

De Observational Method is een ontwerpmethode, die wordt beschreven in NEN-EN 1997-1 (Eurocode 7). De methode is daarmee minimaal net zo veilig als traditionele ontwerpmethoden.

Het is ook een ontwerpmethode die past binnen de trend van gebruik van (geo)risicomanagement. Binnen het Geo-Impuls programma is toepassing van GeoRM omarmd als dé risicogestuurde werkwijze. GeoRM staat voor Geotechnisch RisicoManagement. Het heeft als doel om onzekerheid vanuit de ondergrond te beheersen. GeoRM is een cyclisch werkproces, waarbij continu, expliciet, gestructureerd en communicerend wordt omgegaan met risico’s. Dit om projectdoelen zo effectief en kostenefficiënt mogelijk te realiseren. GeoRM bestaat uit zes stappen die volledig passen binnen het breed in de sector toegepaste RISMAN-proces. De Observational Method sluit aan bij deze risico gestuurde werkwijze in de geotechniek met terugvalopties als beheersmaatregel voor een risico. Met deze werkwijze kunnen de faalkosten worden geminimaliseerd. Een goede overdracht van ontwerpverantwoording aan de uitvoerende partij is binnen GeoRM een essentiële stap en juist die stap wordt met toepassing van de Observational Method heel expliciet genomen.

1.4 Definitie van de Observational Method

De Observational Method is een begrip dat veel wordt gebruikt onder wisselende omstandigheden. Kenmerk bij alle toepassingen is dat er observaties (meestal metingen) worden gebruikt om beslissingen te ondersteunen. Binnen deze brede definitie blijven heel veel gebruiksmogelijkheden open.

De opstellers van deze richtlijn juichen in principe iedere vorm van meten of observaties toe, omdat dit meestal tot een sterk verbeterd inzicht en risicoprofiel leidt. Toch is het belangrijk om een duidelijk begrippenkader te hanteren, om er zo voor te zorgen dat alle stakeholders direct begrijpen wat wordt bedoeld als over de Observational Method wordt gesproken.

Buiten Nederland wordt de Observational Method al vaker toegepast en is ook al vaker beschreven hoe de methode toegepast zou moeten worden. Zo zijn er bijvoorbeeld richtlijnen in Engeland (CIRIA report 185, Nicholson et al., 1999) en Frankrijk (Irex-RGCU richtlijn, Allagnat, 2005). De definitie die in het CIRIA rapport wordt gehanteerd luidt als volgt:

De Observational Method is een continu, gecontroleerd en geïntegreerd proces van ontwerp, toezicht op de uitvoering, monitoring en review dat ervoor moet zorgen dat van te voren gedefinieerde aanpassingen kunnen worden ingepast tijdens of na de uitvoering. Al deze onderdelen moeten aantoonbaar robuust zijn. Het doel is om in zijn geheel meer winst te behalen, zonder afbreuk te doen aan de veiligheid. De methode kan worden gebruikt vanaf de start van het project of pas later als de voordelen bekend zijn geworden. De methode moet echter niet worden gebruikt als er onvoldoende tijd is om de geplande aanpassingen of noodmaatregelen volledig en veilig uit te voeren.

Als toelichting op deze definitie worden expliciet de volgende drie kenmerken genoemd waaraan een project moet voldoen om binnen de kaders van deze handreiking de term Observational Method te kunnen gebruiken. Deze kenmerken zijn:

  • Vóór de uitvoering van een bepaald (deel)project zijn de ontwerpscenario’s waartussen kan worden geschakeld vastgesteld. Dit betekent dus ook dat bijsturing tijdens de uitvoering mogelijk moet zijn.
  • Metingen moeten inzicht geven in het gedrag van de grond, de constructie en/of de interactie met omgeving om zo vast te stellen of een schakelmoment tussen de scenario’s kan of moet worden gekozen.
  • Deze metingen moeten tijdens de uitvoering worden uitgevoerd.

Feitelijk gaat het er om dat de resultaten van observaties tijdens het bouwen worden gebruikt bij het vooraf maken van het ontwerp. Hier lijkt een discrepantie in te zitten, omdat een ontwerp moet worden gemaakt met kennis die er op dat moment nog niet is. Dat is echter juist de essentie van de Observational Method en het verklaart de noodzaak om in scenario’s te denken.

Er zijn nog drie situaties, die door betrokkenen vaak ook Observational Method worden genoemd omdat metingen een grote rol spelen, maar die in het kader van deze richtlijn niet onder de methode worden verstaan:

  • alleen maar meten of monitoren, zonder actieve bewaking, beslismomenten of vooraf bepaalde maatregelen, omdat er geen ontwerpscenario’s zijn vastgesteld;
  • uitvoering van proefbelastingen op funderingselementen, omdat (en als) deze niet tijdens de uitvoering plaatsvinden;
  • inzetten van monitoring en fall back maatregelen nadat zich problemen hebben voorgedaan, om zo als noodoplossing (‘best way out’) toch verder te kunnen werken, omdat het niet vooraf tijdens de ontwerpfase ('ab initio') zo is voorzien.

1.5 1.5 Hoe ziet een project met toepassing van de Observational Method er uit?

De Observational Method verloopt volgens een interactief proces van ontwerp, uitvoeringscontrole, monitoring en aanpassing van de uitvoeringswijze en/of ontwerp. De Observational Method is daarmee een werkwijze waarbij tijdens de uitvoering in de aanlegfase van een project nog aanpassingen kunnen worden doorgevoerd in het uitvoeringsontwerp. De methode kan worden toegepast bij onzekerheid over de geotechnische uitgangspunten.

Een voorwaarde is dat de maatgevende grenstoestand wordt gekenmerkt door meetbare grootheden; zie figuur 1. De meetbare grootheden vormen de basis van de evaluatie van het uitvoeringsscenario.

De meetbare grootheden kunnen bestaan uit:

  • Verplaatsingen
  • Waterdrukken
  • Gronddrukken (moeilijk betrouwbaar door meting vast te stellen)
  • Krachtmetingen
  • Modelleringsgegevens: grondsoort, consistentie, gelaagdheid, sterkte– en stijfheidsparameters

1.5.1 Ontwerp

In tegenstelling tot de traditionele aanpak in Eurocode 7, waarbij het ontwerp tijdens de uitvoering vast ligt aan de hand van volledig gekwantificeerde geotechnische omstandigheden en het berekende constructiegedrag, kan hier met de uitvoering worden gestart met een gekozen, haalbaar geacht economisch scenario. De ontwerpalternatieven worden al voorafgaand aan de start van de uitvoering in diverse ontwerpscenario’s uitgewerkt. Met de daarbij behorende geotechnische uitgangspunten hebben deze op zich voldoende constructieve veiligheid. De ontwerpscenario’s bestrijken een range aan geotechnische uitgangspunten. In hoofdstuk 3 van deze handreiking wordt ingegaan op het ontwerpen met de Observational Method.

Bij de Observational Method worden mogelijke ontwerpkeuzes vertaald in uitvoeringscenario’s en meetstrategieën. Tijdens de directe projectuitvoering op de bouwplaats wordt een uitvoeringsscenario gevolgd op basis van metingen die uitsluitsel geven over het gedrag van de bodem of de constructie. De aanpak gaat dus verder dan alleen het vaststellen van ontwerpuitgangspunten voorafgaand aan de projectuitvoering.

1.5.2 Uitvoering

In CUR 223 ‘Richtlijn Meten en monitoren van bouwputten’ wordt uitgebreid ingegaan op de wijze waarop monitoring kan helpen om risico’s tijdens de uitvoering te beheersen. Monitoring speelt ook bij de Observational Method een belangrijke rol. Er wordt op basis van monitoring tijdens de projectuitvoering geschakeld tussen de scenario’s. De werkwijze op basis van de Observational Method genereert door monitoring tijdens de aanlegfase relevante informatie over de geldigheid van de gehanteerde geotechnische uitgangspunten. Daarmee kan het grond- en constructiegedrag worden geëvalueerd tijdens de uitvoeringsfase. De ingewonnen informatie bepaalt of er een schakelmoment moet worden ingelast; daarbij wordt dan overgeschakeld van het aanvangsscenario naar een meer conservatief of een meer optimistisch ontwerpscenario. Dit schakelen is een essentieel onderdeel van de Observational Method en het bijbehorende werkplan is feitelijk onderdeel van het ontwerp. Het moet voor aanvang van de werkzaamheden duidelijk zijn wanneer en hoe er wordt geschakeld, inclusief de daarbij behorende organisatie en benodigde communicatie tussen betrokkenen. In hoofdstuk 4 van deze handreiking wordt ingegaan op de uitvoering van een project met toepassing van de Observational Method. Daarnaast biedt CUR 223 veel aanknopingspunten voor de organisatie van de monitoring en het opstellen van een goed monitoringsplan.

1.6 Veel gebruikte toepassingen van de Observational Method

Een handreiking die de toepassing van de Observational Method wil bevorderen doet wellicht vermoeden dat toepassing van de Observational Method heel bijzonder is. Toch wordt in de dagelijkse geotechnische praktijk al veelvuldig gebruik gemaakt van de Observational Method. De volgende voorbeelden genoemd om op die manier weer te geven dat brede toepassing van de Observational Method in feite gewoon een uitbreiding is van een al bestaand arsenaal aan toepassingen.

  • Ophogingen
    De grote onzekerheid in zettingsparameters maakt een goed en efficiënt ontwerp onhaalbaar zonder gebruik te maken van metingen. Metingen van zakbakens en waterspanningen zijn algemeen geaccepteerd en worden veelvuldig gebruikt om de ontwerpparameters te fitten en vervolgens nieuwe ophoogslagen aan te brengen of langere rustperioden aan te houden. •
  • Bemalingen
    Bij bemalingen is er naast onzekerheid over de doorlatendheid van de bodem ook het spanningsveld tussen bijvoorbeeld de eis van “een droge kuip” en anderzijds de noodzaak tot het beperken van het waterbezwaar om te voldoen aan vergunningseisen. Het inregelen of optimaliseren van de bemaling op basis van peilbuis- en debietmetingen is standaard. Daarnaast worden peilbuismetingen gebruikt om bij een oplopende waterstand een (extra) pomp aan te laten slaan. Ook wordt automatisch een noodaggregaat ingeschakeld bij stroomuitval;
  • Inbrengen van funderingselementen
    Bij het inbrengen van funderingselementen is er een flinke mate van onzekerheid over de voortplanting van trillingen in de ondergrond en de reactie/gevoeligheid van belendende bebouwing. Wanneer bijvoorbeeld damwanden moeten worden toegepast nabij bestaande bebouwing kunnen trillingen ontoelaatbaar zijn vanaf een bepaald niveau. Vaak wordt dan begonnen met trillen op een op basis van een predictie veilig geachte afstand van de bebouwing, waarbij er gelijktijdig ook metingen van de trillingen plaatsvinden. Bij het benaderen van de grenswaarde voor de trillingen op de bebouwing wordt overgeschakeld op drukkend inbrengen van damwanden of andere trillingsbeperkende maatregelen.