In de bouwkuip van de westelijke tunnelbuis van het project Spoorzone Delft startte woensdag 28 augustus jl. een grootschalige praktijkproef. Onder het toeziend oog van promovendus Jan van Dalen worden hier bewust twee defecte diepwandpanelen gemaakt. Als ze gereed zijn, worden ze stapsgewijs ontgraven en grondig geanalyseerd. De proef – die plaatsvindt als onderdeel van het programma Geo-Impuls – moet kennis opleveren waarmee zwakke plekken in diepwanden voortaan beter zijn te voorkomen.
16 september 2013 | Peter Juijn
Diepwanden zijn een gangbare techniek bij de bouw van ondergrondse constructies. Toch voldoet de kwaliteit van deze ‘in de grond gevormde’ wanden nog niet altijd, wat tot overlast, schade, vertragingen en extra kosten kan leiden. Denk aan de verzakte panden aan de Amsterdamse Vijzelgracht. Kwaliteitsproblemen ontstaan deels door fouten tijdens de uitvoering. Daarnaast is er onvoldoende kennis van een aantal processen die cruciaal zijn bij het maken van een diepwand. Met zijn promotieonderzoek hoopt Jan van Dalen deze kennislacunes op te heffen.
Bentonietinsluitingen
Van Dalen is geotechnisch adviseur bij Strukton en doet drie dagen per week onderzoek bij de afdeling Geo-engineering van de TU Delft. Hij bestudeert de verschillende processen die bij het maken van diepwanden van belang zijn, met als doel imperfecties, zoals bentoniet-insluitingen, voortaan beter te kunnen voorkomen. Van Dalen heeft de grootschalige praktijkproef op het bouwterrein van Spoorzone Delft samen met collegapromovendus Rodriaan Spruit opgezet.
<<(foto)Terwijl op de proeflocatie alles in gereedheid wordt gebracht, gaat de bouw van de diepwanden van de westelijke tunnelbuis door. (Foto: Peter Juijn)
Stromingsmodel
“Met de praktijkproef, die het sluitstuk vormt van mijn onderzoek, streven we twee doelen na”, legt Van Dalen uit. “Het eerste is het valideren van het stromingsmodel dat ik heb ontwikkeld. In het laboratorium doe ik allerlei proeven om aan te tonen dat het model werkt en met deze grote veldproef testen we het in de praktijk. Het model beschrijft het stromingsgedrag van het beton en bentoniet tijdens het storten van een diepwandelement. Tijdens dit proces verdringt het zwaardere beton het lichtere bentoniet. Daarnaast gebruiken we de proef om de techniek van ‘crosshole sonic logging’, die collega-promovendus Rodriaan Spruit onderzoekt, verder te valideren (zie kader). Met deze techniek is eerder al een zwakke plek in een voeg van de diepwand van de spoortunnel ontdekt.”
>>(foto) Vlak naast het voegprofiel plaatst Jan van Dalen de apparatuur voor het meten van het betonniveau. (Foto: Peter Juijn)
De proefelementen staan haaks op de tunnelwand. Op de voorgrond is het voegprofiel met één rubber goed te zien. (Foto: Peter Juijn)
Meetapparatuur
“Voor de proef maken we twee aaneensluitende diepwandpanelen in de bouwkuip van de westelijke tunnelbuis van het project Spoorzone Delft, vlakbij de Bagijnetoren. De panelen bouwen we haaks op de diepwanden van de tunnel. Ze staan vrij van de tunnelwanden en reiken tot ongeveer veertien meter onder het maaiveld. Woensdag 28 augustus jl. hebben we de sleuf voor de panelen gegraven. De volgende ochtend hebben we de wapeningskorven voor beide panelen in de sleuf geplaatst. Vervolgens hebben we in de sleuf van het eerste paneel onze meetinstrumenten aangebracht. Het betreft apparatuur waarmee we het niveau van het beton tijdens het storten op vier plekken in de sleuf nauwkeurig kunnen volgen en glasvezelkabels om de temperatuur te meten. Verder zijn er aan de wapeningskorven buizen gemonteerd om later de crosshole-metingen te kunnen doen. Nadat alle apparatuur was aangebracht en getest, zijn we het beton gaan storten. Bij het tweede paneel hebben we dezelfde stappen gevolgd, alleen zit hier veel meer tijd tussen ontgraven en storten. We hebben dit paneel namelijk pas negen dagen later gestort.”
Verschillende kleuren
“Het storten van de panelen hebben we in vier stappen gedaan, telkens met een andere kleur beton. Door te werken met verschillende kleuren kunnen we straks bij het ontgraven en slopen van de elementen zien waar elke portie beton uiteindelijk is terechtgekomen. Om dat in beeld te brengen hebben we ook iedere zes seconden een smartieachtige digitale chip in de stortstroom gegooid, die we later met een scanner hopen terug te vinden in het beton. Vanzelfsprekend zijn ook de metingen van het betonniveau tijdens het storten van belang om het stromingsgedrag van het beton in beeld te brengen. Hoe verspreidt het beton zich als het uit de stortbuis komt? En vloeit het netjes uit en verdringt het gelijkmatig het bentoniet?”
Wapeningskorf
Een kwalitatief goede diepwand vereist dat tijdens alle bouwfasen zorgvuldig wordt gewerkt. Tijdens het graven van de sleuf moet bijvoorbeeld worden voorkomen dat grondresten in de sleuf vallen. En het storten van het beton moet voorzichtig gebeuren om te voorkomen dat de specie een bult vormt die over het bentoniet heen stulpt. Ook Van Dalen en zijn team werken tijdens de proef zorgvuldig. Het verrassende is alleen dat zij dit niet doen om een perfecte diepwand te maken, maar juist om een diepwand te maken met imperfecties. Van Dalen: “Met mijn stromingsmodel heb ik berekend onder welke omstandigheden het beton niet meer goed uitvloeit. Bijvoorbeeld omdat het door te kleine openingen moet of teveel weerstand ondervindt. Die situaties hebben we nagebootst door op een aantal plaatsen de wapening in de wapeningskorf dichter te maken dan normaal. We hebben gekozen voor een aantal verschillende dichtheden, om het onderscheidend vermogen van het model – hoe nauwkeurig voorspelt het het stromingsgedrag? – straks te kunnen vaststellen. Met de proef doen we dus ons best om op een paar plekken bentonietinsluitingen te creëren. Immers, als het beton niet overal kan komen, kan het niet al het bentoniet verdringen en krijg je insluitingen.”
<<(foto) Het storten van de eerste lading beton. Een collega van Van Dalen gooit de digitale chips in de betonstroom . (Foto: Peter Juijn)
Uitvloeigedrag
Voor beide diepwandelementen is Van Dalen van eenzelfde wapeningskorf uitgegaan. Het gebruikte beton en bentoniet was echter niet hetzelfde. Hiervoor is gekozen om het effect van kwaliteitsverschillen bentoniet op het ontstaan van imperfecties te kunnen bepalen. Zo is Van Dalen bij het storten van het eerste diepwandpaneel uitgegaan van normaal beton en bentoniet en bij het tweede paneel van minder vloeibaar beton en bentoniet met verontreinigingen. Voorafgaand aan het storten is het beton steeds ter plekke getest, waarbij vooral het uitvloeigedrag is bepaald. Verder is van elke lading beton een deel in een kuip apart gezet. Van deze porties beton zijn steeds op het moment dat de volgende lading beton arriveerde de eigenschappen vastgesteld om het gedrag in de tijd te kunnen volgen.
De uitvloeitest (Foto: Peter Juijn) (foto)>>
Stapsgewijs ontgraven
“Als de elementen zijn uitgehard, gaan we eerst de crosshole-metingen doen om te zien hoe de kwaliteit is van de voeg tussen de twee panelen en of we de geplande imperfecties kunnen terugzien. Vervolgens gaan we de panelen stapsgewijs ontgraven”, vervolgt Van Dalen. “Wanneer dat precies zal zijn weet ik nog niet, omdat we afhankelijk zijn van de planning van de aannemerscombinatie. Ik denk dat we het bovenste stuk van de diepwandelementen de komende weken kunnen bekijken als de aannemer het grondwerk heeft gedaan voor de constructie van het tunneldak. Het resterende stuk van de elementen komt pas vrij als de aannemer de grond onder het tunneldak heeft weggegraven.”
Slopen
Van Dalen vervolgt: “Het plan is om de vrijkomende delen eerst van buitenaf heel goed te bekijken en te fotograferen. Hoe ziet de omtrek eruit, waar zitten de overgangen tussen de verschillende kleuren beton en welke imperfecties zijn er? Ook gaan we met een scanner proberen zoveel mogelijk van de meegestorte chips proberen terug te vinden om een beeld te krijgen van de verspreiding van het beton. Vervolgens gaan we de elementen voorzichtig slopen om ook de binnenkant van de diepwand te kunnen bekijken en bijvoorbeeld te zien in hoeverre het beton aansluit op de wapening.”
