1
Overwegingen hij par. 3-5.3. van
het leggen van vloeistofleidingen de
inleidraad
en' nabijvoor
waterkeringen inzake het toepassen van partiële grondmechanische veiligheidsfaktoren.
i
]
INTERN
CENTRUM VOOR ONDER ZOEK
WATERKERINGEN
feJ«i.*0Ti*£EK
Vd> frr-i öwgbawt}
SH*. aas e* om
WORDT NIET UITGELEEND
125
SM-as
0\d
.BTTEBHKAPPORT
,. - •
v.
q <;?
van de l e i d r a a d voor h e t leggen van
van p a r t i ë l e grondmechanische v e x l i g h e i d s f a k t o r e n
CEHTRUtë yOOB ONDERZOEK
IfATERKERIIGEM
BIBLIOTHEEK
Dienst Weg- en Waterbouwkunde
Van der Burghweg
Postbus 5044, 2600 GA Delft
Tel. 015 - 699111
2 1 JULI 1992
JU^A)
INHOUDSOPGAVE
blz.
1.
Inleiding
2.Grondbelasting
2
van vloeistofleidingen
a.
b.~
c.
d.
Berekening vertikale grondbelasting
Heutrale vertikale grondbelasting
Passieve vertikale grondbelasting
Aktieve-, neutrale- en passieve
horizontale gronddrukken
e. Bepaling verband tussen relatieve
zakking van de omliggende grond t.o.v.
de buis en bijbehorende buisbelasting •
f. Bepaling van het verband tussen de
zijdelingse verplaatsing en de ontwikkelde horizontale steundruk
g. Berekening van de passieve gronddruk
wanneer de buisverplaatsingen liggen
in een. vlak dat een hoek a maakt met
het horizontale vlak
•. .
2
'3
h
7
8
9
10
3.
Zettingen
33
k.
Vertikale beddingsconstante
lh
5. Evenwichtsdraagvermogen
l6
6.
Wrijving tussen buisomtrek en omliggende
grond
]8
7-
Invloed van de grondmechaaische grootheden
op het spanningsbeeld
38
8.
Conclusie
21
1. Inleiding
In de leidraad is een systeem gekozen, waarbij grondmechanische
grootheden moeten worden vermenigvuldigd met faktoren, die de onzekerheden in de grondeigenschappen en de verschillen in de toegepaste
theorieën voor een nader te bepalen deel aangeven.
In deze beschouwing wordt een overzicht gegeven van de grondmechanische theorieën die bij het grondmechanisch advies worden'gebruikt. De invloed van de uit deze theorieën gekozen grondmechanische.
randvoorwaarden op de sterkteberekening van de buisleiding wordt
eveneens aangegeven.
Zie
1. Leidraad voor constructie en beheer van vloeistofleidingen in en
nabij waterkeringen.
(concept augustus 1970)
Hauptprobleme der Bodenmechanik
Brinch Bahseh/Lundgren.
2. Grondbelasting van vloeistofleidingen
2A. Berekening vertikale grondbelasting
Bij het berekenen van de vertikale grondbelasting op buisleidingen kunnen twee bijzondere gevallen worden beschouwd;
a. Leiding in ingraving waarbij D < 2D (zie fig. 1)
waarin D = uitwendige diameter van de buis
D
= hor. breedte van de sleuf ter hoogte van de
kruin van de buis
fig. 1
GROND AANVULLING
Schematische vertikale
doorsnede over buis en
omliggend grondlichaam
bij leiding in ingraving.
Als gevolg van de klink van de grondaanvulling zal er tussen
grondaanvulling en wand van de ingraving een wrijvingskracht
ontstaan.
"?
y
•
*
'
-cl
1
>
\
L
<^^r 'K^c-^/
w ^
>
^
^ / /
—
y
/£*»
Ar^^uA/^-
ir"
M
^f
- 3-
De vertikale gronddruk op het niveau van de kruin van de
"""•%ui^^an"'%erefeen^--w^F^ïen^^
In analogie met de berekening van de horizontale grondbelasting op damwanden kan men hier spreken van aktieve vertikale gronddruk.
Door bepaalde oorzaken kan de "Silowerking" verminderen
(bijvoorbeeld ten gevolge van zware regenval). Hierdoor zal
men in het algemeen niet kunnen rekenen met de aktieve vertikale grondbelasting.
b. Leiding in ophoging.
fig. 2
Schematische vertikale
doorsnede over buis en
omliggend grondlichaam
bij leiding in ophoging.
.
WRIJV1NGS KRACHT "
ONGEROERDE GROND
Er zal nu klink optreden van de grond naast en boven de buis.
Het verschil in klink tussen de vertikaal door de schedel van de
buis en de vertikaal naast de buis is in grootte gelijk aan de
klink van het grondlichaam met een dikte D .
De klink van het grondmassief boven het horizontale vlak
door de schedel van de buis is in elke vertikaal vrijwel gelijk.
Wanneer wordt aangenomen, dat de buis niet zakt en oneindig stijf
is, zal er een extra belasting op de buis aangrijpen t.g.v. de
naar beneden gerichte wrijvingskrachten op het grondprisma boven
de buis. De naar beneden gerichte wrijvingskrachten worden veroorzaakt door de klink van laag D (zie fig. 2 ) .
In de praktijk zullen er belastinggevallen optreden, die
tussen deze twee gevallen in liggen.
2B. Neutrale vertikale grondbelasting
De neutrale vertikale grondbelasting is de belasting op in grond
gelegde leidingen, wanneer de grond t.o.v. de buis niet zakt en
geen wrijvingskrachten in de grond boven de buis worden opgewekt
("oplegzones").
Berek.: Het gewicht van de kolom grond met breedte D en hoogte H
boven een horizontaal vlak, dat raakt aan de schedel van
de buis, wordt als neutrale grondbelasting aangenomen
(zie fig. 3 ) .
_ k -
J^ÏJ^
.
__„
_ _ _
•waarin: q = neutrale grondbelasting in t/m
3
Y, - volumegewicht gerond in t/m
H = gronddekking in m
D = leidingdiameter
in m
&
u
fig. 3
Bepaling neutrale
grondbelasting
2C. Passieve vertikale grondbelasting
De passieve vertikale grondbelasting treedt op als de grond
t.o.v. de buis zakt (m.a.v.. wanneer er holle ruimte onder de
buis zou ontstaan) ("zettingszone").
Berek.: van de passieve vertikale grondbelasting met de methode
van het Laboratorium voor Grondmechanica (fig. k).
9 ALTIJD ca. 9*
tg H = 0,16
Q
= V HD (1 + |tg<j>)
indien H > D
gr.p
'gr u
D ÖT
u
•
3
waarin: y = volumegewicht grond t/m
H = gronddekking in m
<)> = +_ 9° = hoek van inwendige wrijving van de grond
D
= uitwendige leidingdiameter in m
- 5-
De steundruk van de op te schuiven wig wordt gelijkgesteld aan
"dé"p"a"siSï^ve^'groïïdb-elusting^"--—~^-—--^,,_
_^_ _„„____
Een groot bezwaar van deze benadering is het konstant houden
van <f>.
Deze (j>-waarde is namelijk afhankelijk van de grondsoort en derhalve niet konstant.
TT
Enkele waarden van Q
gr.p
= Y HD
'gr -u
(1 + rrtgó)
6Y
Du '
1
2
§
D = -* Q™.
g^.p = 1,16
' y'grDu
u
§ = 2+ Q
= 2,6H y D 2
D
gr.p
gr u
2
a
J
D 3 + Qgr-p = b,kk Y'grDu
fD = k -»• Q
= 6,56 Y
D2
gr-p
gr u
Methode Marston-Spangier, Roske e.a.
De grondbelasting op ondergronse buisleidingen is afhankelijk van het gewicht van het grondprisma en van de vertikale
schuifkrachten boven de buis. Deze schuifkrachten worden veroorzaakt door ongelijke vertikale bewegingen of zettingen van het
grondprisma boven de buis ten opzichte van de grond naast het
prisma.
De resulterende belasting op de leiding is gelijk aan het
gewicht van de grond boven de buis plus of min de som van de veroorzaakte schuifkrachten. Genoemde schuifkrachten zijn afhankelijk
van de relatieve beweging tussen het grondprisma boven de buis en
de grond ernaast.
De richtingen van de veroorzaakte schuifkrachten kunnen in
de volgende drie gevallen als volgt worden weergegeven (fig. 5 ) .
fig. 5
Schematisch overzicht van de methoden toegepast bij het leggen
van leidingen.
•j'WRUVINGS•- ' K R A C H T
7
DiTCH CONDITION "
INCOMPLETE
'DiTCH CONDITION'
'Wzt
COMPLETE
'PROJ. CONDITION "
De formule van Marston-Spangier voor de grondbelasting b i j
"complete p r o j . condition" kan aangehouden worden b i j de b e rekening van de passieve v e r t i k a l e grondbelasting.
-6 -
Q
= C y
D
2
vaarin: Q
= passieve vertikale grondbelasting in t/m
gr.p
y
= volumegewicht grond in t/m
D
= uitwendige leidingdiameter
C
c
= coëfficiënt— f (tr , en hoek van inwendige)
u
wrijving grond (j>
2
Enkele waarden van Q
= C y D
gr.p
c'gr u
5 = 1 •> C = 1,3 •*• Q
D
c
gr.p
u
= 1,3 y D 2
' 'gr u
2
!•
D u = 2 •*- C c = 3,1
' •*• Q gr.p = 3,1 Y'grDu .
| = 3 -> C = 6,0 •*• Q
D
e
'
gr.p
= 6,0 Y D
gr u
2
| = k + C = 9,6 •*• Q
D
e
"
gr.p
= 9,6 Y D
'gru
2
Vergelijking Marston-Spangier, met methode L.G.M.
. ,. Marston , . .
Verhouding Y^QMT
^J
TT
u
!=2-2T6Ï=l>1T
u
H= ^
3 +M
Du
_
=
% U U -ls3:?
u
Literatuur:
1. Spangler, M.G,
1
Underground Conduits- an appr.aisal of
modern research
Transactions A.S.C.E. 19^8
2. Wetzorke, M.
"' """* "~ — — -
Ueher die Bruchsicherheit von Rohrleitungen
- iii'--para±iueïwaiidi'gen'-"G-rahen • - - — •— —
Diss. 1960
3. Roske, H.
Betonrohre nach Din UC32
k.
Daniel G. Le calcul des Tuyaux en Béton
arme et non arme, Paris.
Guerrin, A.
Aktieve-, neutrale- en passieve horizontale gronddrukken , R
. v
Voor definitie en afleiding theorie, zie de handboeken. .
ö
ha = V v ~ 2ct S^5° - 3+)
a, = X o
hn
n v
a^ = X o + 2ctg(U5°
+ yU)
&x
hp
p v
* /
A
= tg2 (hf
- H)
<3i
X
n
= 1-siné
Y
Xp = tg2 (U5° + U)
aktief
waarin: 0, (neutraal) in t/m
h
. _
passief
o.
2
= vertikale korrelspanning in t/m
<j> = inwendige wrijvingshoek grond
c
2
= cohesie in t/m
Literatuur:
1. Terzaghi, K. and Peck, R.B.
Soil Mechanics in Engineering
Practice 196?
- 8 -
2E.
B e p a l i n g van h e t verband t u s s e n de r e l a t i e v e zakking van de om-
~TÏ5gë5dë=grü5iFt^£^^
{ K - l / 2 0 u ! t g i?
fig. 6
5 = relatieve zakking
Y = gem. hoekverdraaiing
in radialen
P =
H+iD
ut g *
COS(|)
5 . cos(<j+y) = s i n y
(1) en (2)
H = gronddekking i n cm
(1)
(2)
D^ = u i t w e n d i g e Tsuisdiameter
m cm
H+ÏD.
6 COSU+Y) = 2~c^?tg(|)
sinY
H+|D.
<S (COS<J>COSY - s i n ^ s i n y ) = ' ^ ^ ^u,S *
2cos<j)
cotg.Y = - 5 7 — • -
^
'
tS
*
c o s <jj
Afleiding;
Y/'-
, \ .*. — - — (h)
'kr
( z i e K e v e r l i n g Buisman
Grondmechanica 19^*0
siir
Y
Wanneer de horizontale verplaatsing "bij een schuifproef ofwel
•-4e^oatog.ex-dxaaiing^(..=^Qxiz.Qn.tale verplaatsing gedeeld door
dikte monster), ten opzichte van de schuifspanning worot~uit'-"
gezet, ontstaat een kromme als in fig. 7fig. T
Verband tussen T en y
volgens Buisman
Volgens Buisman kan deze kromme door de volgende formule worden
"benaderd:
kr
waarin: Y
= de hoekverdraaiing in radialen
T
2
= de aangebrachte schuifspanning in kg/cm
x,
= de kritieke of maximale schuifspanning in kg/crn^
X
= een constante, afhankelijk van de grondsoort en
de dichtheid
De waarde van x blijkt voor klei in de orde van grootte van
1/20, vóór zand van 1/200 - 1/300 te zijn.
Met behulp van form. (3) en {k) is nu de verhouding — —
bepalen.
kr
De ontwikkelde vertikale passieve gronddruk is nu
te
x max. passieve gronddruk
T
kr
Voor de bepaling van de max. passieve gronddruk zie: 2B en 2C.
2F.
Bepaling van het verband tussen de zijdelingse 3e£Pl^atsing
ën~de~ontwikkelde horizontale steundruk
-
10 -
fig. 8
1/2 D u { ) " c o s ( i 5 ° - i ? / 2 ) } - 5h sin ( 4 5 ° - $ 12)
5h
6 h cos(l+5
tsY
=
= HORIZONTALE
VERPLAATSING
- */2)
JD {n-cos(U5 u +<}>/2)-S v sin(i+5 u -<i«/2)}
(1)
u
(afl. zie blz. 7)
Y = X"T, ~T
kr
Uit (1) en (2) volgt de verh.
(2)
kr
De ontwikkelde horizontale steundruk bedraagt bij- een bepaalde
horizontale verplaatsing 8 :
— — x de passieve horizontale gronddruk
T
kr
Voor de bepaling van de passieve horizontale gronddruk zie 2D.
2G.
Berekening van de passieve gronddruk wanneer de_buisyerplaatsingën-ïïggën-ïn~ëën~vïak~dat~ëën~höëk~a m&^t_mët_hët_horj__yïak
Voor de berekening van de passieve gronddrukken zijn slechts
de methoden voor vertikale respectievelijk horizontale verplaatsingen bekend, die minimum respectievelijk maximum waarden der
passieve gronddrukken geven.
-
iSaL < %a
<
11 -
5gv eii %h'
S>hj
ZOals b e p a a l d i n r e s p
'
2C e n
2D.
In de "berekeningen wordt aangenomen dat de Q
liggen op
waarden
een ellips met
Q . als halve assenQ wordt dan aangegeven door de voerstraal die een hoek et
maakt met de halve as Q .
Y-os.
X-as
Het punt (x , y ) op de ellips ^ — - + ^ — - = 1 wordt gevonden
als snijpunt met de rechte y =
xtga
Substitutie van y = xtga in de ellipsvergelijking geeft:
•L-.2 + £tgfa s 1 ofx =
V
p>a
V
W
(V2+Qph2tg2a)0'5
.5E5BL
cosa
2+2,0,5
De gronddrukken t.g.v. de relatieve verplaatsingen van de grond.
Y = X —T - —T (in rad)
' kr~
Klei x = 1/20
Zand x = 1/100-1/300
Voor hor. verpl. G fi = x ^ - ~ Q h
kr
Voor verplaatsingen in het vlakakan gesteld worden:
Q .=
CtO
kr
T.
-T
%a
Hierbij is aangenomen, dat het tempo waarin 90$ van de vertikale
passieve gronddruk zich ontwikkelt, gelijk is aan het tempo waarin 90$ van de horizontale gronddruk wordt "bereikt. Het laatstgenoemde tempo is hoger, zodat deze aanname aan de veilige kant is.
- 12 -
P
{*«}
X-Y VLAK
p (-*)
**z
Voor de onder een hoek a werkende grondreacties worden de volgende betrekkingen aangehouden:
Bij + o is:
o, ,.S*L«e
(in t/m )
2 + 2 ,0,5
c o s a f ^ S + <L.h'tg'a)
T,(+a)
Bij - a ia:
S(-aI = Pw.
w.e.ger 2B
T>h
'a
(in t/m )
2 , 2 ,0,5
cosa(Pw.e.ger+Q_-u
^>h "tg
° et)
Waarin:
Q
pv
= de vertikale passieve grondbelasting t/m
1
1
Q , = de horizontale passieve gronddruk
^ph
P
w.e.ger
'gr
=p
t/m
u' p u
w.e.
- Q . .
,« P
- yDH
gr.neutraal
w.e
u
t/m1
= het volumegewicht van de grond t/m
H
= de hoogte van de dekking in m
D
= de uitwendige 'buisdiameter in m
u
°
P
= het gereduceerde draagvermogen van de grond onder
w.e.ger
, , . • . /T
•
de buxs in t/m
-
13 -
3 . Zettingen
IZëttilïgêiFM j n völumëvermlnderingen t i-g-.-rr- verhoogde- 4>elasting
(verhoogde korrelspanningen).
Zettingen worden berekend volgens Von Terzaghi-Buisman.
Z+ = h ( l
t
c
p
+
^logt)
c
s
in^lM
p
*
Z, = zetting na t dagen in cm
h
= laagdikte in cm
t
= tijd in dagen
p
2
= oorspronkelijke korrelspanning in t/m
p+Ap = korrelspanning na belastingverhoging in tjk
2
— en — zijn samendrukkingsconstanten en worden experimenteel
p
. s bepaald met behulp van grondmonsters {samendrukkingsproef).
Aangezien een waterkering beperkte afmetingen heeft, moet de spreiding van de belasting in rekening worden gebracht.
De spreiding van de belasting kan in de berekening verdisconteerd
worden met behulp van de methode Jurgenson.
Zie: theories of elasticity and plasticity
Boston Society of Civil Engineers
blz. 173 t/m 183Om het vraagstuk binnen welke tijd een bepaalde zetting tot
stand komt op te lossen, is de zgn. hydrodynamische periode nodig.
T
= gh
-f—y
k 'w
v
Waarin:
•7
T = hydrodynamische periode in sec (1 jaar = 3,U.10 sec.)
h = laagdikte in cm
Z
.
•
a = - — , waarin Z = zetting
ö in cm
h.p'
2
p = belastingverhoging in kg/cm
k = vertikale doorlatendheidscoëfficiënt in cm/sec.
v
Y = 10~3kg/cm3
w
k
moet experimenteel bepaald worden met behulp van grondmonsters
(samendrukkingsproef)
- lU -
Voor de praktijk is het bij deze proef gewenst de oorspronke^t^e^oTTëls^sxath^-^xt-ée
toegevoegde—las*- -gelijk-aan-die-in..het.,
terrein te kiezen.
(Methode Taylor of methode Casagrande)
Zie: Taylor, D.W. - Fundamentals of Soil Mechanics 19^8.
Voor de te verwachten zettingen onder de leiding moet worden
uitgegaan van de economische levensduur van de buisleiding.
Aangehouden wordt 30-50 jaar .(seculair effect).
De zettingen moeten bepaald worden zoals ze aan het eind van
deze periode zouden optreden.
Literatuur:
1. Collegediktaat Grondmechanica T.H. Delft.
2. Handleiding proeven Grondmechanica.
h. Vertikale beddingsconstante
a. De vertikale beddingsconstante is het vertikale gewicht in kg/cm'2
op een grondlichaam om een zakking van 1 cm te veroorzaken.
Bij de bepaling van de beddingsconstante komen in aanmerking de
formule van Schleicher of een geschatte waarde aan de hand van ervaringscij fers.
Toepassing van de formule van Schleicher in combinatie met een
berekening van de maximaal in rekening te brengen opleglengte
volgens Hetenyi levert het volgende op:
Volgens Hetenyi is3 de
de invloed van puntlast en moment uitgedempt
als 1X>TT waarin X =^ * b k
k
\ \
1
b
= breedte oplegvlak .= D sin§8
D
= leidingdiameter cm
B
= ondersteuningshoek volgens Spangier
2
= beddingsconstante kg/cm
k
cm
2
EL = elasticiteitsmodules buismateriaal kg/cm
I, = traagheidsmoment buis cmU
Een grotere opleglengte dan 1 = — geeft voor het gedeelte groter
dan -r een oplegdruk = 0 , zodat de maximaal in rekening te brengen
opleglengte 1 = ~ bedraagt.
A
- 35 -
Volgens Schleicher geldt voor de "beddingsconstante:
k =
E
m(l-v2)fA
waarin:
E = elasticiteitsmodules grond kg/cm2
m = f(l/b) zie tabel
v = contractiecoëfficiënt = 0 , 5
o
A = oppervlak oplegvlak in cm
Bepaling van E volgens Koppejan:
Veen:
Klei:
Zand:
S
E = 1,2
S
E = 0,6
E =
s
0,1
2
waarin S = sondeerwaarde in kg/cm
l/b vierkant
m
0,95
cirkel
0,96
1,5
0,9U
2
3
5
10
100
0,92
0,88
0,82
0,71
0,37
b. Hor. beddingsconstante e (voor systeemberekening)..
De hor. beddingsconstante is de kracht in kg die nodig is om
een zijwaartse verplaatsing, van een vlak met een oppervlak
van 1 m , van 1 cm te veroorzaken. De hor. beddingsconstante
kan bepaald worden met behulp van het op blz. 7 gestelde.
o, passief optr. =
x a.
h
*
T,
h pass.max.
De hor. beddingsconstante wordt gevonden door de optredende
<T,
. t e delen door de bijbehorende verplaatsing.
h passief optr.
6
1
- 16 -
Literatuur:
1. Theory—of^^-El«.stici4iy-,-!rhird JSdition.
S.P.Timoshenko and J.N.Goodier, blz. 398 t/m UOT
Beams on elastic foundation.
M.Hetênyi, blz. 50, 68, 69, 219 t/m 239
Journal of Soil Mechanics and Foundations Division.
September 1963 en maart 19èk
B.B.Broms, Coëfficiënt of lateral subgrade reaction.
Evaluation of coefficients of subgrade reaction.
Geotechnique 5, no. h, blz. 29T - 326
K.Terzaghi.
5. Evenwichtsdraagvermogen
Ten gevolge van een extra belasting kan het evenwicht in de
grond verbroken worden door het overschrijden van de toelaatbare
schuifspanning
De volgende faktoren kunnen van invloed zijn op het draagvermogen:
1 . <{>
2.
tijdsduur belasting (klei)
3.
volumegewicht op te persen grondlichaam
U.
afmetingen buis
5.
bovenbelasting
6.
cohesie langs glijvlak
Bij het bepalen van het evenwichtsdraagvermogen moeten de krachten bestudeerd worden die werken op het grondlichaam bij overschrijding van het evenwicht.
fig.9 Afschuivingslichaam met het verloop van de grootste hoofdspanningen en de optredende schuifvlakken.
Pb
- 17 -
De gevaarlijkste sehuifvlakken maken hoeken van U5
' lïè-grööt ^ e " ^
hoek van 90 - $ insluiten.
- §/2 met
Prandtl heeft de indringingsweerstand onder vorming van oppersingen analytisch bepaald.
Zie: Prandtl, J. - Ueber die Eindringungsfestigkeit plastischer
Körper, Z-A.M.M. Vol. 1, 1921.
Prandtl beschouwde een lange strookvormige plaat of wig, die
ingedrukt werd in een gewichtloos materiaal dat een schuifweerstand
T = c + crtg<j> bezat.
Buisman (zie boek Grondmechanica Delft 19kk) heeft deze berekeningen uitgebreid voor het geval dat een bovenbelasting p, naast de
strookvormige plaat op de grond aangrijpt.
Pw>e - p ^ e ^ t g ^ U A*/2)>+c{crt«* ££||_^+
{
^ ^
)vtg<j>}
= V, p, + V c
b b
c
In deze berekeningen werd geen rekening gehouden met het gewicht
van de op te persen grondmassa.
Indien Prandtl ook geldt voor een materiaal met een zeker gewicht, kan men de voor oppersing benodigde kracht berekenen bij verschillende in het materiaal aanwezige wrijvingshoeken.
De totale weerstand kan worden aangegeven door:
P
= PrV. + V c + V Y, b
*wc y b b
c
g'k
p
p
2
= evenwichtsdraagvermogen in t/m
c
= korrelspanning op buisasniveau (aanleg) naast de leiding
in t/m
o
= cohesie in t/m
y,
= volumegewicht grond in t/m3
b
= aanlegbreedte = leidingdiameter in m
V. , V en V coëfficiënten als f($)
b' c
g
bij $ = 20°
é = 30°
V
= 7
V
= 15
V, = 19 V = 3 0
b
c
V
= k } zie grafieken in de
V = 15} betreffende literatuur
g
De wrijvingghoek $ kan uit de sondeerwaarde worden bepaald volgens de methode Koppejan.
- 18 -
.
Het aandeel van de cohesie is verdisconteerd in de waarde
iT^r-srodrft-ia d^^
c = 0 moet worden
ingevuld.
*'
——————
1
S = P-uV
1
"V te bepalen uit grafieken.
Zie ook: de Beer, Grondmechanica, Standaard, Antwerpen 19^9Bij dé berekening wordt verondersteld, dat de grond niet
samendrukbaar is.
Aangezien dit niet het geval is, zal daarom eerst samendrukking plaats vinden.
6. Wrijving tussen buisomtrek en omliggende grond
Vuistregel grondwrijving
W = l x 1x 1 M
x S x 10
waarin:
2
W = grondwrijving in t/m
(maximale langs- en torsiewrijving).
S = gemiddelde sondeerwaarde over de hoogte van de leiding +
20 cm boven en onder de leiding in kg/cm .
De grondwrijving kan ook worden bepaald met behulp van de
kleefmantelconus in situ.
Verplaatsingen bij max. wrijving volgens L.G.M.:
in zand: 1 - 5 mm
in klei: 2 - 6 mm
in veen: k - 18 mm
Zie: Modern sonderen t.b.v. grondonderzoek in het terrein,
ir. K.Joustra
P.T. 1-5-'?0, blz. 353 t/m 360
7. Invloed van de grondmechanische grootheden op. het spanningsbeeld
a. Bij een hogedrukleiding, respectievelijk lagedrukleiding
Bij twaalf kruisingen van hogedrukleidingen met waterkruising en
is nagegaan wat de relatieve bijdrage is tot de totale spanning in
4e maatgevende doorsnede van: inwendige vloeistofdruk, grondbelasting» zetting en verlengingen.
- 19 -
diam.(cBr)- —cbrafcfafe©}
1
2
3
1+
5
6
7
Ö
9
10
11
12
90
90
90
90
75
30
90
90
90
20
65
65
67,5
67,5
67,5
67,5
67,5
ko
50,5
50,5
50,5
85
50,7
50,7
tot
tot
0,81
0,06
0,81
0,C7
0,82
0,08
0,80
0,08
0,7^
0,03
0,86
Ö9lk
0,71
0,15
0,75
0,86 - 0,12
0,72
0,05
0,80
0,20
0,76
0,12
er
z
°M
ö
Ü
tot
t5b
—
-
0,13
0,12
0,10
0,12
0,10
0,13
0.1U
0,25
0,02
0,23
_
-
0,01
0,11
Uit "bovenstaande gegevens van 12 kruisingen blijkt de "bijdrage
van de inwendige druk op de totale spanning in de maatgevende doorsnede van overheersende invloed te zijn.
Bij lagedrukleidingen zal de invloed van de inwendige druk op
de totale spanning in de maatgevende doorsnede aanmerkelijk geringer
zijn.
De invloed van de grondmechanische grootheden, grondbelasting
en zetting zal bij lagedrukleidingen gezien "bovenstaande groter zijn.
. Grondmechanische grootheden
In overleg met het L.G.M, te Delft is in hoofdstuk 3.5-3 van "De
Leidraad vloeistofleidingen
" aangegeven, waarmee de uit het
grondmechanisch onderzoek afgeleide grootheden moeten worden vermenigvuldigd, respectievelijk gedeeld.
Hierbij is ervan uitgegaan, dat bij het geven van de grootste
waarde van de grondmechanische grootheid rekening is gehouden met
de mate waarin 'deze grootheden nog kunnen afwijken van de bepalingen met behulp van de onderzochte grondmonsters.
Dit maximum kan nog worden overschreden t.g.v. allerlei moeilijk in beschouwing te nemen faktoren, die nog onvoldoende zijn onderzocht.
De bestaande theorieën zijn hiervoor nog ontoereikend.
Fundamenteel onderzoek aan bestaande en nog te ontwerpen leidingkruisingen met waterkeringen zoals spanningsmetingen en het controleren van de grondmechanische-randvoorwaarden is tot nu toe echter niet
verricht.
- 20 -
1. Neutrale grondbelasting
Faktor 1,1 t . o . v . de gem. t é vërwaclffiè^^waafde:
Faktor 1,1 i s gekozen i n verband met de onzekerheid in de bepal i n g van y
Bij de verhoging van de neutrale grondbelasting nemen de spanningen in de leiding toe.
Passieve_grondbelasting
Faktor 1,3 t.o.v. de max. de verwachtenwaarde.
De wijze waarop het L.G.M, de passieve grondbelasting berekent
kan t.o.v. de berekening met.behulp van de silotheorie ongeveer
een faktor 1,3 verschillen.
In de max. te verwachten waarde moet de onzekerheid in de bepaling van y
verdisconteerd zijn.
Bij verhoging van de passieve grondbelasting nemen de spanningen
in de leiding toe.
Zettingen t.o.v. de gem. te verwachten waardefaktor 1,5
Zettingen t.o.v. de max. te verwachten waardefaktor 1,3
Bij verhoging van de zettingen zal, omdat altijd een bepaalde
zettingsbreedte in beschouwing moet worden genomen, de zettingsgradiënt meestal toenemen.
.
Een grote zettingsgradiënt (—
." .
^+~^ veroorzaakt grotere
spanningen in de leiding.
Evenwichtsdraagvermogen voor zand faktor 1,2
_ _
vöör kïël~ën-vëën~faktör 7,5
Wanneer mantelbuizen worden toegepast zal een laag evenwichtsdraagvermogen van de grond grotere spanningen veroorzaken in de
leiding.
Wanneer geen mantelbuizen worden toegepast, moet de hoogste
waarde voor het evenwichtsdraagvermogen worden aangehouden.
5. Grondwrijving faktor 1,k
Bij berekeningen van hogedrukleidingen is gebleken dat bij een
verhouding ^ J ving-bovengrens < 2
wrijving-ondergrens
de maximale afwijking van de maximale spanning bij een der grenswaarden ten opzichte van de waarde bij een gemiddelde k-wrijving
in de axiale spanning < 5#> en
in de omtreksspanning < 3% is.
Een kleinere waarde van de grondwrijving gaf bij de onderzochte
kruisingstypen hogere spanningen in de leiding.
21 -
6. Beddingsconstante faktor 1,U
Bij berekeningen van n^edlruklëidingëh is"~gebleken,dat bij e e n —
lateraal bovengrens
_
Q
verhouding —
<2
lateraal ondergrens
de maximale afwijking van de maximale spanning bij een der grenswaarden ten opzichte van de waarde bij een gemiddelde k-lateraal
in de axiale spanning < 5$
in de omtreksspanning < 5%
Bij deze berekeningen bleek echter, dat deze afwijkingen sterk
kunnen toenemen bij een grotere waarde van de zettingsgradiënt.
Ook bleek, dat een lage waarde van de beddingsconstante in het
algemeen leidt tot grotere spanningen in axiale richting, en
een hoge waarde van de beddingsconstante tot maximale waarden
voor de spanningen in omtreksrichting.
Tot slot kon de conclusie worden getrokken, dat wanneer de zettingsgradiënt in de berekening wordt betrokken, een verhoging
van de beddingsconstante grotere spanningen in de leiding veroorzaakt. Zie: Samenvatting van de resultaten van de besprekingen inzake
een aantal principiële punten in de berekeningsmethode van
hogedrukgastransportleidingen van het raadgevend ingenieursbureau Rutten en Kruisman, mei 1968.
8. Conclusie
Naar aanleiding van dit interne rapport is overleg gepleegd
met het Laboratorium voor Grondmechanica. Hierbij is opnieuw naar
voren gebracht dat het "maximum" voor grondmechanische eigenschappen wordt bepaald op grond van de mate waarin de grondeigenschappen
kunnen afwijken van de eigenschappen van de onderzochte grondmonsters.
Dit maximum kan dan nog worden overschreden, omdat de bestaande
theorieën ontoereikend blijken te zijn.
In het gesprek kwam verder naar voren, dat fundamenteel onderzoek
aan bestaande en nog te leggen leidingkruisingen met waterkeringen nog
nooit is uitgevoerd. De in de leidraad genoemde faktoren zijn derhalve
ervaringscijfers en niet door fundamenteel onderzoek aan kruisingen
gecontroleerd.
In hoeverre de verschillende faktoren afhankelijk zijn en de mate van zekerheid waarmee deze faktoren worden gegeven, is zonder genoemde fundamentele research niet te geven.
Er zal in verband met het hier bovenstaande voorgesteld moeten
worden fundamenteel onderzoek te laten instellen aan bestaande en nog
te ontwerpen leidingkruisingen met waterkeringen ten einde de faktoren scherper te kunnen formuleren.
Augustus 1970
© Copyright 2024 ExpyDoc
