0

publicatie: Ontwerprichtlijn Zwelbelasting op funderingen

1 Inleiding

1 Inleiding

De genormeerde rekenmethode voor bepaling van zwelbelasting op funderingen zoals die in de huidige Eurocode 7 (NEN 9997-1:2012)1 is opgenomen, betreft een methode uit 1991 die afkomstig is uit NEN 6743, waarop na de eerste publicatie geen verdere wijzigingen zijn toegepast. Deze rekenmethode wordt beschouwd als een conservatieve methode die leidt tot hoge zwelbelasting op de funderingspalen. In de praktijk wordt deze methode daarom zelden toegepast en zijn er verschillende alternatieve methoden in omloop die veelal ook gericht zijn op de specifieke situaties die voor de desbetreffende ontwerpen van toepassing zijn.

De Europese normen hebben veelal betrekking op het constructief ontwerp van gebouwen. De daarin genoemde bepalingen zijn niet altijd van toepassing op andere civieltechnische kunstwerken (zoals ophogingen, bruggen en viaducten). Bij verschillende Eurocodes hoort een Nationale Bijlage met specifieke aanwijzingen voor toepassing van die Eurocode in Nederland. Zo staan in de Nationale Bijlagen bij NEN-EN 1997-1 de partiële factoren die in Nederland van toepassing zijn voor het geotechnisch ontwerp. NEN 9997-1 is een samenvoeging van NEN-EN 1997-1 (Eurocode 7), de Nationale Bijlage en NEN 9097-1, de norm met aanvullende bepalingen voor het geotechnisch ontwerp. In NEN 9097-1 zijn al die zaken opgenomen die waren opgenomen in de geotechnische normen van de NEN 6740-serie en die in de Eurocode slechts summier zijn beschreven. Veelal gaat het om gedetailleerde formules voor het uitvoeren van de geotechnische berekeningen.

In deze ontwerprichtlijn is een eerste stap gezet om op basis van de ervaringen die sinds 1991 zijn opgedaan een nieuwe richtlijn op te stellen voor de berekening van zwelbelasting op funderingen. Het beschrijft de resultaten in twee fasen, waarbij de eerste fase bestaan heeft uit de volgende onderdelen:

1. Literatuuronderzoek
2. Huidige ontwerppraktijk
3a. Aanvullend onderzoek (analytisch)

Aansluitend hierop zijn in de tweede fase in dit rapport de volgende onderdelen uitgewerkt:

3b. Aanvullend onderzoek (numeriek)
4. Workshop
5. Toepassing ontwerpmethoden

In hoofdstuk 2 is een inventarisatie gemaakt van rekenmethoden voor bepaling van zwelbelasting op funderingen op basis van een literatuurstudie naar zowel nationale als internationale rekenmethoden, publicaties en artikelen. De studie richt zich in eerste instantie op de beschrijving van het gedrag van zwel in de grondmechanica, waarbij ondermeer wordt gekeken naar de verschillende soorten zwel (instantaan, primair en seculair), de relatie tot effectieve spanningen en waterspanningen middels spanningspad analyses en laboratoriumproeven en de ontwikkeling van de zwel in de tijd. Hierbij is ondermeer gebruik gemaakt van de bevindingen en ervaringen uit de studies omtrent de Sophiaspoortunnel. Vervolgens is de zwel als belasting beschouwd in relatie tot betonvloeren (daarbij onderscheid makend tussen onderwaterbetonvloeren en vloeren in den droge) en de interactie met funderingspalen in zowel een ongehinderde als verhinderde situatie voor een aantal bouwkuipvarianten. Speciale aandacht gaat uit naar de invloed van de verschillende bouwfasen tijdens de uitvoering van een aan zwel onderhevig zijnde fundering. Tenslotte wordt aandacht gegeven aan de relatie tot de huidige normen en richtlijnen met het oog op de veiligheidsfilosofie en de te toetsen bezwijkmechanismen volgens de Eurocode.

In hoofdstuk 3 is een inventarisatie gemaakt naar de verschillende methoden die zijn toegepast in de huidige ontwerppraktijk van de afgelopen 10 jaar voor het funderingsontwerp van tunnels, parkeergarages en hoogbouw met diepe kelders. Uitgangspunt daarvoor vormen een aantal praktijkvoorbeelden met onder andere variatie in bodemopbouw, ontwerpmethode (zie hoofdstuk 2), bouwfasering en geometrische aspecten. Bij een aantal praktijkvoorbeelden zijn meetresultaten beschikbaar gesteld die verricht zijn ter verificatie van het ontwerp ten aanzien van het aspect zwelbelasting.

De vanuit de praktijkprojecten gehanteerde ontwerpmethoden vormen het vertrekpunt voor bepaling van de gewenste ontwerpaanpak. Tezamen met de bevindingen uit de theoretische ontwerpmodellen zijn discussiepunten geformeerd die de randvoorwaarden en invloedsfactoren vormen voor de uiteindelijke ontwerpmodellen. De discussiepunten zijn zowel binnen de commissie C202 als daarbuiten in een workshop behandeld en besproken, waarbij de verschillende ervaringen zijn uitgewisseld. Op basis hiervan zijn aanvullende analytische en numerieke analyses uitgevoerd waarbij getracht is om de meeste discussiepunten te beantwoorden. De analytische en numerieke berekeningen hebben geleid tot een eenvoudig (analytisch) ontwerpmodel en een geavanceerd (numeriek) ontwerpmodel. De analyses zijn opgenomen in respectievelijk hoofdstuk 4 en 5.

In hoofdstuk 6 zijn op basis va de bevindingen uit de aanvullende analyses de discussiepunten beantwoord en daarmee de randvoorwaarden van het eenvoudige en het geavanceerde ontwerpmodel vastgesteld. Ook de toepassing van de observatiemethode wordt daarin besproken. De beide modellen zijn gevalideerd aan de hand van een beperkt aantal beschikbaar gestelde metingen, waarna ze voor de gebruiker uiteindelijk zijn beschreven in een stappenplan.

Tenslotte zijn in hoofdstuk 7 de belangrijkste conclusies samengevat en in hoofdstuk 8 een aantal belangrijke aanbevelingen gegeven voor vervolgonderzoek.