werkdocument

rninisterie van verkeer en waterstaat
werkdocument
rijksdienst voor de ijsselmeerpolders
rninisterie van verkeer en v.aterstaat
rijkfdienst voor de ijsselmeerpolders
werkdocument
onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van het
consolidatiemodel van de gemeente rotterdam
door p. santema en m. a. viergever
werkdocumenten zijn als regel eerste versies van te schrijven rapporten (uittypen geschreven tekst) en
daardoor uitsluitend bestemd voor intern gebruik; de verantwoordelijkheid voor de tekst berust bij de auteur.
1. SAMENVATTING
2. INLEIDING
3. "METHODE ROTTERDAM"
4. BEREKENING MET "METHODE ROTTERDAM"
5. RELATIE SONDEERWAARDE
-
SCHUIFSTERKTE
6. EVALUATIE
Bijlagen:
1. Afname laagdikte door consolidatie
2. Verloop van de dichtheid
3. Verloop van de schuifweerstand
4. Situatietekening sonderingen
5. t/m 8. Sonderingen
9. Gemeten en berekende schuifweerstand
In dit rapport wordt op twee manieren de schuifsterkte van gesedimenteerd slib berekend en/of bepaald. De uitkornsten worden onderling met
elkaar vergeleken.
,
.
Als eerste wordt de berekeningsmethode van de Dienst Gemeentewerken
Rotterdam gebruikt. Deze methode is ontwikkeld om voorspellingen te kunnen doen van de ontwikkeling van de dichtheid en sterkte van het havenslib in de verticaal in de tijd.
Ook is het mogelijk de schuifsterkte te bepalen met behulp van sonderingen. Deze methode is gebaseerd op de volgens empirische weg vastgestelde verhouding tussen sondeerwaarde en schuifsterkte.
De berekening volgens de "methode Rotterdam" blijkt niet te voldoen en
veel te lage waarden aan te geven. Oorzaak hiervan kan zijn,eenverkeerde inschatting van parameters of een !te grove laagindeling.
Dit werkdocument is een aanvulling op de studie die de H.T.S.-stagiair
P. Santema van de H.T.S. Leeuwarden in 1985 heeft uitgevoerd.
2. INLEIDING
De Dienst Gemeentewerken Rotterdam heeft een rnethode ontwikkeld waarmee op grond van de deeltjesgroottesamenstelling en het slibaanbod voorspellingen kunnen worden gedaan van:
- het laagdikteverloop in de tijd;
- de ontwikkeling van de dichtheid in de verticaal in de tijd;
- de sterkte van het slib.
Omdat men bij de R.1J.P. wilde weten of deze berekeningsmethode toepasbaar is bij slibputten, is een vergelijking gemaakt tussen schuifsterktes die gemeten zijn in een slibput en de schuifsterktes die zijn berekend rn.b.v. de "rnethode Rotterdam". De gemeten waarden zijn afkornstig
van sonderingen gemaakt in een vroegere zuigput te Almere-De Vaart die
naderhand weer is volgeslibd.
3. "METHODE ROTTERDAM"
De consolidatieformule luidt:
waarin:
su = de laagdiktevermindering na primaire consolidatie [m]
= de initiele laagdikte na sedimentatie [m]
hi = de relatieve zetting S/hi bij 1 kN/m2
a.
C$ = een consolidatie constante [ln(kN/m2 )I
p = de gemiddelde in het sliblaagje heersende druk [kN/m2]
.
Uit het onderzoek op een aantal slibsoorten met uiteenlopende deeltjesgroottesamenstelling uit het gebied van de Rotterdamsche Waterweg zijn
voor a. en Cp respectievelijk de volgende,gemiddelde waarden gevonden:
1
!
a. = 0,44 en Cp = 22,2
1
Bij consolidatie geldt:
waarin:
h. = de
de
i = de
fw = de
,
,
initiele laagdikte [m]
versnelling van de zwaartekracht [m/s2 1
dichtheid van het mengsel na sedimentatie [kg/m3]
dichtheid van het porienwater [kg/m3 I
Ieder laagje is een bepaalde tijd geleden afgezet. Binnen dit interval
wordt een bepaalde consolidatiegraad
bereikt, waarin U een functie is van de dimensieloze tijdfactor T:
U
= 0,95
T
0,44
Deze relatie is nodig om bij vaste tijdsintervallen "t" de bereikte
consolidatiegraad te berekenen. T wordt berekend met de formule:
.
,
waarin:
Cv = de consolidatiecoefficient [mz/s]
Uit baggercijfers van een bepaalde baggerlocatie kan de gemiddelde aanslibbing in kg/m2 per tijdeenheid, bij voorbeeld 1 dag, worden bepaald.
Voor een dergelijke locatie is gewoonlijk de deeltjesgrootteverdeling
bekend. Op grond van deze verdeling kan met behulp van de empirische relatie
waarin z = het percentage > 63 pm
de dichtheid na sedimentatie, dus begin consolidatie,
P
1
worden bepaald.
'
5
Met behulp van de empirische r e l a t i e
kan de bezwijkwaarde ' r y " worden berekend.
waarin :
t y = de s c h u i f s t e r k t e [k~/rn' 1
f d r = g e h a l t e droge s t o f [kg/m3
1
Het g e h a l t e aan droge s t o f b i j aanvang van de c o n s o l i d a t i e bedraagt:
I
met /)k = d i c h t h e i d van de d e e l t j e s [kg/rn3 1
4. BEREKENING MET "METHODE ROTTERDAM"
De berekening is uitgevoerd bij aanname van de volgende gegevens:
z = 75%
a.
= 0,44
1
T = 20 jaar = 630720000 s
su = (a. +
1
9)
. h.1 =
CP
(0,44 +
Cp = 22,25
-8 '
Cv = 10 m2 /s
In
22.2
.x
2 = 0,92
U is hier groter dan 1, dit is onmogelijk. De oorzaak hiervan ligt aan
het feit dat de formule U = ~ ~ ' ~ ~ . 0[I]
, 9slechts
5
een gedeeltelijke
benadering is van de basisformule
De vereenvoudigde formule geldt alleen in het gebied O<T<l (zie fig. I),
en T = 1,58 zodat formule [I] niet mag worden toegepast.
Uit formule [2] volgt U = 1. Hieruit volgt dat het consolidatieproces
ten einde is j St = Su.
De laagdiktevermindering ten gevolge van consolidatie bedraagt dus
0,92 m. Dit betekent dat het gehalte aan droge stof van het overblijvende pakket van 1,08 m is toegenomen met 2/1,08 tot
2/1,08 268 = 496 kg/m2
.
.
De schuifsterkte
6 = e 0,0132pdr - 0.073
z + 0.5 -
Er is ook een berekening uitgevoerd met een consolidatieconstante Cp = 10
Dit is voor klei een zeer reele waarde. deze berekening is berekening 2
genoemd, in de bijlage 1, 2, 3 en 9.
De bijlagen 1, 2 en 3 geven een beeld van de Su, St, Sg en de
schuifsterkte t als functie van de dikte van het pakket hi.
Het geeft dus geen beeld van het verloop met de diepte, maar slechts
de waarde uitgaande van een totale laagdikte van him. Met name bij
grotere laagdiktes (in dit geval > 2,5 m) zal afstroming en consolidatie
eerst aan de bovenzijde en onderzijde van het pakket plaatsvinden en
zal ook daar in de eerste plaats de schuifspanning toe nemen. In het
midden van het pakket blijft dan lange tijd wateroverspanning aanwezig
en blijft daardoor de schuifspanning laag.
Bijlage 1: De reducerende factor u zorgt er voor dat bij een h. > 2,5 m
1
de St slechts weinig toeneemt.
Bijlage 2: Daardoor neemt bij h. > 2,s m de gemiddelde dichtheid af.
1
Bijlage 3: Na h.
1
=
2,5 m neemt ook de schuifsterkte zeer snel af.
5. RELATIE SONDEERWAARDE - SCHUIFSTERKTE
Uit sonderingen kunnen op eenvoudige wijze schuifsterktes worden bepaald.
Proefondervindelijk is een relatie gevonden tussen de sondeerwaarde qc
en de ongedraineerde schuifsterkte cu'' qc = n.cu .
Deze verhouding n is afhankelijk van de grondsoort, de vorm en afmetingen van de conus en van de manier van bepalen van de ongedraineerde
schuifsterkte. Bij dit onderzoek is de waarde n = 10,s gebruikt.
qc
c
u
=
=
sondeerwaarde [kN/m2 1
schuifsterkte [kN/m2 1
De sonderingen zijn gemaakt in Almere nabij het indistrieterrein "De
Vaart" (bijlage 4 ) .
Aan de hand van 4 sonderingen (bijlage 5 t/m 8 ) wordt dk gemiddelde
schuifsterkte per meter bepaald.
Diepte
sondering 1 sondering 1A sondering 18 sondering 2
C
C
qc
c
qc
qc
u
u
u
qc
u
De gemiddelde schuifsterktes zijn:
diepte [m]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sondering 1A en 1B zijn gemaakt met een conus met vergrootte punt en
gevoeliger meetelement, sondering 1 en 2 zijn gemaakt met een normale
sondeerconus die voor dit meetbereik onvoldoende nauwkeurig is. De gemiddelde waarde ontleend aan sondering 1A en 1B is daarom tussen haakjes
vermeld.
6. EVALUATIE
De berekende schuifsterktes volgens de methode Rotterdam zijn uitgezet
tegen het midden van de oorspronkelijke laagdikte. Dat wil zeggen dat is
aangenomen dat de berekende schuifsterkte bij een oorpsronkelijke laagdikte van 8 m wordt berekend in het midden van de laag, dus vergeleken
moet worden met de gemeten waarde op 4 m diepte.
Uit figuur 9 blijkt zeer duidelijk dat de volgens de methode Rotterdam
berekende schuifweerstand achterblijft bij de gemeten waarde, ook na
volledige consolidatie.
De hoge waarde bij het gemiddelde van alle sonderingen wordt veroorzaakt door een sterk zandige afzetting, die bij de gewone sonderingen
is aangetroffen. Deze afwijkingen moeten in deze vergelijking dus buiten
beschouwing worden gelaten.
Een oorzaak voor het achterblijven van de ~ergkendewaarde wordt mogelijk gevonden in de aanname van parameters. Zo blijkt uit verschillende
berekeningen dat de invloed van het percentage groter dan 63 pm op de
grootte van de schuifweerstand aanzienlijk is.
Zo blijkt dat bij volledige consoloidatie is gevonden:
265,296 k~/m'
z = 75 H. = 8 rn Cp = 10
1
z = 20 H. = 8 rn Cp = 10
5,135 k~/m'
r=
1
Daaruit blijkt zeer duidelijk dat een goede afschatting van z van essentieel belang is.
Een tweede oorzaak kan mogelijk worden gevonden in het feit dat de
laagjes niet zijn onderverdeeld. Door de diverse logaritrnische verbanden
en e-machten kan de invloed van een relatief laag spanningsniveau aan
de bovenzijde en een relatief hoog spanningsniveau aan de onderzijde
van de laag tot aanzienlijk fouten leiden.
Aanbevolen wordt om in eerste instantie de parameters zoals korrelverdeling en consolidatiecoefficiBnten te bepalen en daarmee de berekening
laagsgewijs te herhalen.
Sitwtie sonderingen
. ~ .
-
.. ..
-
. .,
<,.,..
,
,",
.
Sondering 1
.. . . .
,
.
.
..
.
bijlage. 5 .
. . ,
.
.
.....
Sondering 1A
.
.
,
..
'
bijbpe 6
. :
.....
. .
. .
Sondering 1 B

Download Report