Mechanische sterkte van de toplaag: Eindrapport

IBinMjuIjjil f i^^IMp ^ HB l

>

c

CO-346070/21 november 1994

MECHANISCHE STERKTE TOPLAAG

Eindrapport

CO-346070/21

november 1994

Opgesteld in opdracht van:

Rijkswaterstaat, Dienst Weg- en Waterbouwkunde

Postbus 5044

2600 GA Delft

AFDELING GRONDCONSTRUCTIES

projectleider: dr. H. den Adel

projectbegeleider: ir. A. Bezuijen

GRONDMECHANICA DELFT Stieltjesweg 2, 2628 CK DELFT Postbus 69, 2600 AB DELFT Telefoon (015) 69 35 00 Telefax (015) 61 08 21 Postbank 234342 Bank MeesPierson NV

DELFT

1. Rapport nr. 2. Serie nr.

A2.94.78 4. Titel en sub-titel

Mechanische sterkte van de toplaag Eindrapport

7. Schrijvers

Dr. H. den Adel, ir. A. Bezuijen 9. Naam en adres opdrachtnemer

GRONDMECHANICA DELFT Postbus 69

2600 AB Delft

10. Naam en adres opdrachtgever Rijkswaterstaat

Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044

2600 GA Delft

3. Ontvanger catalogusnummer

5. Datum rapport november 1994

6. Code uitvoerende organisatie

8. Nr. rapport uitvoerende organisatie CO-346070/21 10. Projectnaam 11. Contractnummer DWW 734A 13. Type rapport Eindrapport

14. Code andere opdrachtgever

15. Opmerkingen

16. Referaat

In dit verslag wordt de kennis met betrekking tot de mechanische sterkte van de toplaag gebundeld. Dit betreft trekproeven op dijkbekledingen, trekproeven met een houten blokkenmodel, uitspoelproeven op

spleetvullingsmateriaal en de eerste aanzetten om te komen tot een modellering van de sterkte van een toplaag van gezette steen onder golfaanval. Het verslag besluit met voorstellen voor verdere modellering en verificatie.

17. Trefwoorden:

Open bekledingen, gezette steen, toplaag, sterkte

19. Classificatie 20. Classificatie deze pagina

18. Distributiesysteem Op aanvraag

INHOUDSOPGAVE

Samenvatting 1 Inleiding

Overzicht trekproeven 'in het veld' 2.1 Meetopstelling en meetprocedure 2.2 Colijnsplaat 2.3 Breskens 2.4 Afsluitdijk 2.5 Maassluis 2.6 Conclusies 5 5 6 7 8 9 10

3 Overzicht trekproeven houten blokkenmodel 3.1 Inleiding

3.2 Doel van de trekproeven

3.3 Korte beschrijving van het houten blokkenmodel 3.4 Proeven met het houten blokkenmodel

3.5 Beschrijving van de uitgevoerde proeven 3.5.1 Eerste proevenserie (oriëntatieproeven) 3.5.2 Tweede proevenserie (aanloopproeven) 3.5.3 Derde proevenserie 3.5.4 Bepaling houtwrijvingscoëfficiënt 3.6 Resultaten en conclusies 3.6.1 Steensverband 3.6.2 Halfsteensverband 3.6.3 Schaling 3.6.4 Reproduceerbaarheid

4 Samenvatting proeven uitspoelen spleetvulling 4.1 Inleiding

4.2 Meetopstelling 4.3 Proevenprogramma 4.4 Conclusies

5 Modelleren sterkte toplaag 5.

5. 5. 5. 5.

Trekproeven met afgestempelde blokken . 1 Inleiding .2 Wat is wrijving ? .3 Excentriciteit .4 Aannamen 13 13 14 14 15 17 17 18 19 19 19 20 22 24 27 29 29 30 30 33 35 35 35 36 37 38

DELFT

5.1.7 5.1.8 5.1.9 5.1.10 5.1.11 5.1.12 5.1.13 5.1.14 5.1.15 Gevolgen d' = 0 d' = D'

Verschuiving beide aangrijpingspunten d' = 0 d' = D' Nog excentrischer Betekenis Samenvatting en conclusies 5.2 Model BLOKKEN 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 Inleiding Theorie

Bepaling bewegende blokken Verticale inklemming Horizontale inklemming Rekenvoorbeeld Conclusie 5.3 Model Bakker 5.4 Conclusies 41 42 43 43 44 45 45 46 46 48 48 49 50 51 55 56 58 59 70

Voorlopig voorstel 1 : 1 verificatieproeven 6.1 Inleiding

6.2 Bepalende parameters 6.3 Bepalende processen

6.4 Proeven versus situatie 'in het veld' 6.5 Conclusie 73 73 73 75 76 77 7 Conclusies en voorstel voor vervolgonderzoek

7.1 Inleiding 7.2 Conclusies

7.3 Voorstel voor vervolgonderzoek Referenties 79 79 79 80 85 Bijlagen

Appendix A: Anisotropie en verdelingen

CO-346070/21 november 1994

Samenvatting

In dit verslag worden verschillende deelonderzoeken beschreven, die als gemeenschappelijk doel hebben de verborgen sterkte van een steenzetting te achterhalen. Met het doel een verkenning te maken van de inklemming zijn trekproeven op blokken uitgevoerd. Niet alleen is een grote variatie in uittrekkracht gevonden, maar ook het percentage losliggende blokken kan enorm variëren. Zo wordt op de ene locatie in een raai bijvoorbeeld 91,8 % van de blokken losgetrok-ken, terwijl elders 0 % 'losse' blokken kan worden aangetroffea Toen bleek dat de manier van uitvoeren van de trekproeven geen hanteerbare informatie opleverde over de verborgen veiligheid is gezocht naar een theoretische beschrijving van de wrijving tussen blokken [Adel 1990]. Helaas kan ook deze 'geen verklaring geven voor de gevonden spreiding. Een tweede poging tot

modelvorming kwam tot stand in samenhang met het programma voor scheve golf aanval, STEEN3D [Bezuijen 1993]. Hiermee kan de hydraulische belasting op een veld met blokken worden berekend. Door deze belasting te koppelen aan een evenwichtsbeschouwing kan ook een schatting worden gegeven omtrent de stabiliteit van de toplaag. Nieuwe ideeën zijn gevormd bij het op schaal trekken aan een rij houten blokken. Deze fysische modellering heeft aanleiding gegeven tot een andere kijk op trekproeven en hun relevantie voor de sterkte van een zetting. De stijfheid van de zetting, de ruimtelijke verdeling van de belasting en het voegmateriaal blijken een grote rol te spelen. Hypothesen zijn geformuleerd. Om die hypotheses te toetsen is een twee-dimensionaal houten blokkenmodel ontworpen [Bakker 1992] en gebouwd waarmee het trekken van blokken in een veld kan worden gesimuleerd [Uijttewaal 1994]. Daarnaast is een schaalmodel gebouwd waarmee de fysica van spleeterosie kan worden bestudeerd [Tulp 1994]. In beide modellen treedt een grote spreiding op in de gemeten verschijnselen. In een twee-dimensionaal veld blokken blijkt de spreiding in de maatvoering van de blokken en het complexe gedrag bij het voorspannen van het veld de proeven te domineren. Bij spleeterosie zijn het chaotische processen en inhomogeniteit in de pakkingsdichtheid van het spleetvullingsmateriaal die voor spreiding zorgt.

Uit de experimenten met één rij blokken, welke niet geplaagd worden door stochastische processen, is een vereenvoudigd analytisch model opgesteld voor de relatie tussen geometrische niet-lineariteit en de trekkracht. Ook dit model is hier beschreven. Tevens wordt door een

afstudeerder van de TUD gepoogd de processen numeriek te formuleren. Dit werk wordt hier niet behandeld. Uit de bijeenvoegingen van de losse onderzoeken verschijnt een beeld van de

processen die de verborgen veiligheid van een steenzetting sturen. Ook de witte vlekken en de knelpunten worden eenvoudiger zichtbaar: variatie in opbouw, variatie in krachtverdeling en de bepaling van de relevante parameters. Via een zorgvuldige afweging zal moeten worden nagegaan welke onderdelen nadere invulling behoeven. Verder zal worden afgeschat of een

fysisch-mathematische modellering verder moet worden uitgebouwd of zinloos is, omdat de parameters in het model hetzij niet nauwkeurig kunnen worden gemeten, hetzij omdat de parameters in de werkelijkheid een onwerkbare spreiding vertonen.

DELFT

CO-346070/21 november 1994

1 Inleiding

Sinds halverwege de jaren 80 (zie [WL/LGM 1985]) wordt al nagedacht over de sterkte van een toplaag welke is opgebouwd uit losse elementen. Sindsdien is het bewustzijn steeds sterker geworden dat een toplaag, bestaande uit losse elementen, een grotere sterkte kan hebben dan volgt uit alleen het eigen gewicht van zo'n element Door wisselwerking tussen de elementen ontstaat een zekere samenhang.

Sindsdien is er ook het nodige onderzoek aan dit verschijnsel gedaan. Vanaf 1990 vinden 'in het veld', op bestaande dijken, trekproeven plaats. Deze proeven beogen een beeld te geven van hoe groot de extra sterkte van bekledingen is. Het beeld dat de proeven geven bevestigt dat de sterkte veelal groter is dan in de huidige modelleringen wordt aangenomen. In hoofdstuk 2 is een

overzicht gegeven van de trekproeven.

De trekproeven 'in het veld' geven een aanzienlijke spreiding in de resultaten te zien. Verder is niet eenduidig vast te stellen waardoor de extra sterkte wordt veroorzaakt Dit heeft geleid tot de bouw van een twee-dimensionaal houten blokkenmodel. Hiermee zijn in 1993/1994 proeven gedaan om verder inzicht in de werking van de toplaag te verkrijgen. Deze proeven worden in hoofdstuk 3 behandeld.

In de wisselwerking tussen de losse elementen blijkt de aanwezigheid van zand en inwasmateriaal een belangrijke rol te spelen. Het is echter de vraag of, bij maatgevende omstandigheden, de verhangen over de toplaag niet dusdanig zijn dat dit materiaal uit de spleten spoelt. In dat geval mag de werking van dit materiaal ook niet bij de sterkte van de toplaag in rekening worden gebracht. Om hier meer inzicht in te krijgen zijn in 1993 en 1994 proeven uitgevoerd met een modelopstelling waarmee het benodigde verhang om zand uit smalle spleten te spoelen kon worden bepaald. Dit wordt in hoofdstuk 4 beschreven.

Ook na alle proeven, in het veld of in het laboratorium, welke vooral gericht waren op het verkrijgen van meer inzicht, blijft het moeilijk om op een verantwoorde manier extra sterkte toe te kennen aan een toplaag van losse elementen. Om de sterkte te kunnen kwantificeren is een model nodig waarmee deze berekend kan worden. De modelvorming kan op twee manieren worden aangepakt. In het ene geval wordt met numerieke elementenmethoden getracht het

probleem diepgaand en systematisch te beschrijven en een zo exact mogelijke oplossing te geven. Hieraan wordt momenteel gewerkt door een afstudeerder met het Eindige Elementen Model DIANA, maar dit wordt in dit rapport verder niet beschouwd. Dit rapport richt zich op de tweede manier van modelleren: de conceptuele modellen. In de conceptuele of benaderende modellen worden bewust vereenvoudigingen aangebracht. Indien geen essentiële fenomenen worden verwaarloosd, en de aannames veilig zijn, dan kan op deze wijze met een eenvoudiger model de

sterkte worden gekwantificeerd. De eerste aanzetten tot een dergelijk model worden in hoofdstuk 5 uitgewerkt. In dit hoofdstuk worden ook de ontbrekende stukken kennis en de verdere

activiteiten toegelicht.

In hoofdstuk 6 wordt vastgesteld wat, gezien de huidige stand van zaken, nodig is om met behulp van proeven op prototypeschaal het model verder geschikt te maken voor praktisch gebruik. Met behulp van 1 : 1 proeven in het laboratorium kunnen de voornaamste parameters worden gemeten en de werking van het model worden gecontroleerd.

Hoofdstuk 7 geeft een overzicht van de huidige stand van zaken. Gezien de dikte van dit rapport is het nuttig de voornaamste conclusies uit het onderzoek op een rijtje te zetten. Gesteld kan worden dat het eindpunt nog niet is bereikt. Een verdere modelvorming zal nodig zijn, het model zal met proeven (en mogelijk met de resultaten van een numeriek elementenmodel) dienen te worden geverifieerd en de resultaten moeten worden uitgewerkt tot voor de praktijk hanteerbare regels.

Dit rapport beoogt vooral een goed overzicht te geven van wat er aan gegevens beschikbaar is gekomen uit het onderzoek naar de sterkte van de toplaag uit losse elementen. Hieruit volgt tevens inzicht in welke kennis ontbreekt en wat de verdere ontwikkeling zou moeten zijn. Het onderzoek naar de sterkte van de toplaag is geïnitieerd en wordt begeleid door projectgroep TAW-A2 "Open bekledingen en reststerkte".

DELFT

CO-346070/21 november 1994

2 Overzicht trekproeven 'in het veld'

2.1 Meetopstelling en meetprocedure

Het meetequipment voor de trekproeven bestaat uit:

een meetwagen met accu's, acculader en transformator voor de stroomvoorziening, electronica, computer en registratieapparatuur. Tijdens de proef zijn de resultaten direct af te lezen op een beeldscherm.

een aanhanger met elektrisch aggregaat, aangedreven door een dieselmotor, en een trekunit. Het afstempelen van de aanhanger gebeurt door vier hydraulisch bediende stempelcilinders. De trekunit bestaat uit een trekcilinder met een maximale trekkracht van 2000 kg. Het meet- en besturingsgedeelte bestaat uit een kracht- en verplaatsingsopnemer en elektronica om een hydraulisch regelventiel aan te sturen. Er kan worden getrokken met behulp van een zuignap die vacuüm wordt gezogen met een vacuümpomp, danwei aan bouten met trekogen. Er wordt zo loodrecht mogelijk op het talud getrokken met behulp van een geleidingsmechanisme met twee waterpasjes.

De trekproef duurt in totaal 60 seconden:

de eerste 30 seconden wordt zo lineair mogelijk de trekkracht opgevoerd van ca. 50 kg naar ca. 900 kg. Geringe verplaatsingen van de zuil worden zo goed mogelijk gecorri-geerd door het besturingssysteem,

gedurende de tweede 30 seconden wordt de trekkracht constant op ca. 900 kg gehouden. De proef wordt beëindigd indien:

de optredende verplaatsing van een element uit de zetting groter wordt dan 25 mm. de 60 seconden van de proef zijn verstreken bij een verplaatsing kleiner dan 25 mm. In de meetverslagen wordt gesproken over 'losse' blokken. Het is goed hierbij te bedenken dat met een 'los' blok in dit geval wordt bedoeld een blok met een verplaatsing van 25 mm of meer

bij een trekkracht van 900 kg of minder. Indien dit niet optreedt wordt de verplaatsing van het

2.2 Colijnsplaat

De eerste serie trekproeven 'in het veld' is uitgevoerd op de dijk nabij Colijnsplaat ([Plooster 1990]). De bekleding is omstreeks 1980 aangelegd. De bekleding bestaat uit betonblokken,

systeem Haringman, van 25 cm dikte en 50 cm lang en 50 cm breed. Het gewicht van een blok is circa 145 kg. De stenen zijn gezet op een dunne vlijlaag van fijne steenslag 8/12. De taludhelling is 1 : 4. De proeven zijn op vijf niveaus uitgevoerd. Het merendeel van de proeven vond plaats in een recht gedeelte van de dijk. Op de aangrenzende bochten zijn ook proeven uitgevoerd.

In tabel 2.1 is een kort overzicht van de proefresultaten gegeven.

••I

mmmm

!|!|;g!!;

AB CD EF GH I Jl J2 J3 J4 KI K2 K3 K4

lÉËHiüMi

• • • •

4,35 4,00 3,50 2,50 0,25 4,35 4,00 3,50 2,85 4,35 4,00 3,50 2,85

iiÉiHiiiiiiBiii

lllillllilllllllllli

rij 3 (overgang berm) rij 6 rij 10 rij 19 rij 36 (getijzone) buitenbocht rij 3 buitenbocht rij 6 buitenbocht rij 10 buitenbocht rij 16 buitenbocht rij 3 buitenbocht rij 6 buitenbocht rij 10 buitenbocht rij 16

l l l l l l l l l l l l l l

-::ë-:>":-:-:::::>::::&^ 74 15 33 13

0

12 2 12 10 8 0

0

4

Tabel 2.1 Resultaten trekproeven Colijnsplaat

In de getijzone bleek een sterke begroeiing aanwezig te zijn. De mate van inzanding van de spleten bleek nauwelijks visueel vast te stellen. Ook de kwalificatie van blokken als 'los' of 'vast aanliggend' bleek problematisch.

Uit de tabel zijn enkele opvallende zaken af te leiden. De overgangsconstructie (rij 3) is duidelijk een zwakke plek. Circa 75 % van de blokken komt los.

CO-346070/21

DELFT

november 1994

De getijzone is zeer sterk. Niet alleen komt geen enkel blok los, maar ook de gemeten verplaat-singen zijn miniem. De inzanding en mogelijk zelfs de begroeiing hebben kennelijk een gunstige invloed op de stabiliteit.

Voor het overige valt op dat rij 10 minder sterk is dan rij 6 en rij 19. Er komen in deze rij ook blokken los bij betrekkelijk lage trekkrachten (4 % 'losse' blokken bij 2500 N trekkracht, overeenkomend met 1,7 maal het eigen gewicht van een blok).

Verder is opvallend dat de beide buitenbochten (J en K) in alle gevallen sterker zijn dan het rechte gedeelte (A t/m H).

Bij de uitvoering van de proeven werd geconstateerd dat in een aantal gevallen naastliggende blokken mee omhoog getrokken werden. Deze boogwerking trad met name op in de richting van de rij, in lengterichting van de dijk, en niet in de richting van het halfsteensverband, ofwel de richting van het dwarsprofiel. Dit kan uiteraard te maken hebben met de wijze van aanbrengen van de blokken.

2.3 Breskens

In [FUGRO 1992] wordt verslag gedaan van trekproeven die in 1991 op de zeedijk nabij Breskens zijn uitgevoerd. De bekleding bestaat uit basaltonzuilen, welke in 1989 machinaal zijn gezet. De taludhelling ter plaatse is 1 : 4 a 4,5.

De dikte van de bekleding is 0,35 m. Er zijn vier verschillende groottes. De breedte bedraagt respectievelijk 20, 23, 26 en 29 cm. Het gewicht varieert van circa 28 kg tot 61 kg. De blokken zijn enigszins taps, waarbij de breedte aan de onderkant circa 4 mm groter is. Tussen de blokken zit voegvulling bestaande uit staalslakken 7/40. De blokken zijn gezet op een filterlaag van • fosforslakken 0/40.

In tabel 2.2 is een kort overzicht gegeven van de resultaten van de trekproeven.

iiül

Illllll

ABC DEF GHI JKL MN

H

U

iill

i

3,80 3,30 2,80 2,30 3,60

liiliËiiilÉiiiii

liiiiiiliiliiB

lÉliiiiiiiiiiB

6,0 0,0 0,0 0,0 1,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Het lijkt erop dat de zetting hoger op minder sterk is. Echter ook hier wordt 95 % van de

blokken pas 'los' getrokken bij krachten van 6000 N of hoger (overeenkomend met 10 a 20 maal het gewicht van het blok). Gemiddeld over alle blokken is een verplaatsing gemeten van 2,6 mm, nauwelijks waarneembaar dus. Dit verklaart ook waarom tijdens de proeven visueel geen

boogwerking (omhoogkomende blokken naast het blok waaraan getrokken wordt) is geconsta-teerd. De boogwerking is met het blote oog niet waarneembaar.

De kleinere zuilen verplaatsen iets gemakkelijker. Als verklaring hiervoor wordt aangevoerd dat deze een kleiner oppervlak hebben waarover wrijving zich kan ontwikkelen.

Als test voor het visueel beoordelen van de sterkte zijn circa 20 zuilen geselecteerd welke 'op het oog' losser lagen dan de andere zuilen. De resultaten bleken echter overeen te komen met de willekeurige proeven.

Verder zijn enkele proeven vijf maal herhaald. Het bleek dat belastingsherhaling geen negatieve invloed op de sterkte had. De sterkte bleef gelijk of nam toe.

2.4 Afsluitdijk

In 1991 zijn trekproeven uitgevoerd op de Afsluitdijk [FUGRO 1991]. De proeven zijn uitge-voerd op basaltonzuilen (metaalslakken als toeslagmateriaal in het beton) en betonzuilen (grind als toeslagmateriaal). Ook de overgang tussen deze twee typen is beproefd. De taludhelling is 1 : 3,8 a 4. Als materiaal tussen de basalton zijn staal slakken 10/40 toegepast. Tussen de betonzuilen is grind gestrooid. De blokken zijn gezet op een uitvullaag van steenslag 20/50. De blokken zijn 40 cm dik en hebben breedten van 20, 23, 26 en 29 cm. Afhankelijk van toeslagmateriaal en breedte bedraagt het gewicht 28 tot 77 kg. De blokken zijn taps (4 mm).

iiiiii

I l l l l

AB CD EF GH K L M R

jllllll^jjlll

4,00 a 4,25 3,50 2,75 a 3,00 2,00 5,00 5,75 6,50

-lÜBiiiil

basalton basalton basalton basalton basalton basalton beton overgang

•liHBiiill

lllppiiiliiiiiiill? 2,0 0,5 0,0 0,0 0,0 0,0 6,4 6,7

CO-346070/21

DELFT

november 1994

De resultaten van de proeven zijn samengevat in tabel 2.3. Het blijkt dat de bekleding zeer sterk is. Het niveau waarop de proeven zijn gedaan is dusdanig hoog dat er geen inzanding plaats heeft gevonden. De hoogste niveaus hebben enkele 'losse' blokken. Het gedeelte betonzuilen en de overgang tussen betonzuilen en basalton zijn relatief zwakker. Er moet echter opgemerkt worden dat geen enkel blok bij een trekkracht lager dan 6000 N (8 a 20 maal het gewicht van het blok) 'los' is gekomen.

De gemiddelde verplaatsing van de kleinere blokken is groter dan die van de grotere blokken. De verplaatsingen treden voor het grootste deel op bij hoge trekkrachten. Omdat er visueel geen groot verschil in mate van voegvulling is geconstateerd is er ook geen relatie te leggen met de trekkracht. Boogvorming is niet visueel waargenomen, maar is waarschijnlijk wel opgetreden .

2.5 Maassluis

In 1993 is een gedeelte van de bekleding van de dijk langs de Nieuwe Waterweg onderworpen aan trekproeven [FUGRO 1993]. Dit betrof een vak waar de bekleding bestaat uit polygoonvor-mige PIT-zuilen die deels machinaal en deels met de hand gezet zijn op een talud met een gemiddelde helling van 1 : 3,6. De voegvulling bestaat uit staalslakken 5/40 mm. De stenen zijn gezet op een 20 cm dik filter silex 30/50 mm. De PIT-zuil heeft een geschematiseerde diameter van 25 cm. De hoogte bedraagt 27 cm. Het gewicht is 25 a 30 kg. Door een geringe tapsheid is de onderkant circa 3 mm breder dan de bovenkant.

In tabel 2.4 is een overzicht gegeven van de resultaten van de trekproeven.

Iliill

w

X Y Z

iim iiiii

3,05 2,45 1,90 1,30

11

Machinaal Machinaal Overgang Handmatig

111111

91,8 83,8 82,7 61,6

Tabel 2.4 Resultaten trekproeven Maassluis

Van belang voor de 'losse' blokken zijn de trekkracht waarbij de blokken loskomen. Dit is gegeven in tabel 2.5.

In tabel 2.5 (rij met 150 kg) valt vooral op dat het percentage losse blokken bij een trekkracht van zes maal het eigen gewicht klein is. Daarnaast is de zetting lager op het talud duidelijk

seconden wordt aangehouden, komt nog een extra 1 tot 7 % van de blokken los. :$:":>: 150 300 450 600 750

900

na 30 sec.

mmmmm

Ij^^ilpii

o

21 51 76 92 0 25 49 71 83 84

wmmm

o

o

34 60 77

83

§lll§p

0

o

40 55 62

Tabel 2.5 Cumulatief percentage 'losse' blokken bij verschillende trekkracht

Tijdens de proeven is niet geconstateerd dat blokken naast het blok waaraan getrokken werd mee omhoogkomen. Opvallend is het gedrag tijdens de trekproef. De PIT-zuil schiet vrij plotseling los, en slaat dan niet opnieuw vast.

Er werd geen grote variatie in mate van voegvulling geconstateerd. Er is in dit geval geen verband te leggen tussen mate van voegvulling en mate van inkJemming.

2.6 Conclusies

Uit de trekproeven kunnen enkele algemene conclusies worden getrokken. Er wordt echter direct op gewezen dat het trekken van conclusies ten aanzien van de sterkte van de toplaag onder

golfaanval uit de uitgevoerde trekproeven niet zonder voorbehoud plaats kan en mag vinden. Als

algemene indrukken naar aanleiding van de trekproeven kunnen worden genoteerd:

de blokken in de toplaag vertonen een zekere samenhang. Onder de opgelegde, geconcen-treerde belasting kan deze extra sterkte zeer groot zijn. Een los blok (een blok dat kan worden losgetrokken met een trekkracht gelijk aan het eigen gewicht) komt vrijwel niet voor. Indien rekening wordt gehouden met een extra bijdrage van de wrijving vallen de hoge trekkrachten nog steeds niet te verklaren. Er moet ofwel voorspanning in de zetting aanwezig zijn, en/of er treedt boogwerking op bij de trekproeven.

blokken die in halfsteens verband zijn gelegd vertonen vooral in de rijen samenhang en minder in de richting van het halfsteens verband.

DELFT

CO-346070/21 november 1994

de niet vierkante blokken (basalton, polygoonvormige blokken) met inwasmateriaal zijn blijkens de trekproeven sterker dan de koud tegen elkaar geplaatste vierkante blokken. Dit kan worden veroorzaakt door de vorm, waardoor de spanning eerder de neiging heeft zich in alle richtingen te spreiden. Het is ook mogelijk dat het inwasmateriaal zorg draagt voor een goede krachtsoverdracht. Een directe relatie tussen mate van inwassing en mate van inklemming is bij de proeven niet gevonden, omdat nergens grote verschillen in mate van inwassing zijn geconstateerd. Inwassen lijkt echter wel degelijk zinvol.

inzanding lijkt een sterke toename van de benodigde trekkracht ten gevolge te hebben. Het enige aanwijzing is overigens gevonden bij de proeven te ColijnsplaaL

in de bovenste rijen kunnen de blokken over het algemeen gemakkelijker los worden getrokken dan lager op de zetting.

ingewassen basalton blijkt een hoge 'treksterkte' te hebben. Dit geldt in mindere mate ook voor betonzuilen. De inklemming van PIT-zuilen is, hoewel het systeem veel lijkt op dat van basaltonblokken, toch beduidend minder goed. Het systeem Haringman komt als slechtste uit de proeven tevoorschijn.

visueel onderscheid maken in relatief loszittende blokken en vastzittende blokken blijkt moeilijk.

CO-346070/21 november 1994

3 Overzicht trekproeven houten blokkenmodel

3.1 Inleiding

Dit hoofdstuk bestaat uit de aangepaste en verkorte tekst van [Uijttewaal 1994]. De bedoeling is vooral een overzicht te geven van de belangrijkste resultaten en conclusies.

Uit trekproeven op steenzettingen in het veld komt naar voren dat blokken veelal niet gemak-kelijk uit een zetting kunnen worden getrokken. De kracht die nodig is om een blok eruit te trekken blijkt over het algemeen veel groter te zijn dan het eigen gewicht en de wrijving met aanliggende blokken. Bij deze proeven trok men centrisch aan een blok.

De grote trekkracht, die nodig is om het blok uit de zetting te trekken, kan worden verklaard door een aanzienlijke wrijving en/of boogwerking aan te nemen tussen de blokken onderling.

Deze werking bleek in sommige gevallen zo groot te zijn dat meerdere blokken tegelijkertijd omhoog werden getrokken. Een verklaring hiervoor is dat door het trekken er een extra (horizon-tale) inklemkracht kan ontstaan tussen de blokken.

De oorzaak van deze inkJemkracht is erin gelegen dat bij voldoende wrijving de blokken naast het blok waaraan wordt getrokken gaan meebewegen en kantelen. En hoewel het om een geringe kanteling gaat, wordt door zijn hoekverdraaiing de lengte van het blok in de richting van de zetting iets groter. Hierdoor ontstaat een extra horizontale kracht in de zetting, die mogelijk afhangt van diverse factoren, zoals de grootte van de aanwezige voorspanning, de trekkracht waarmee aan het blok wordt getrokken, geometrie (hoogte) en stijfheid van het afzonderlijke blok, voegvulling en de gehele steenzetting.

Met een 1-dimensionaal (houten) blokkenmodel kan inklemkracht als functie van de trekkracht worden onderzocht. Tevens kan ermee het vastwiggen van een blok worden gesimuleerd en gereproduceerd.

Omdat met een 1-dimensionaal blokkenmodel alleen maar rijgewijs kan worden getrokken, en niet een veld van blokken kan worden gesimuleerd, is in overleg besloten met een twee-dimensio-naal model van houten blokken onderzoek te doen. Het model dat in het onderzoek is gebruikt is ontworpen door ir. H. L. Bakker van de Dienst Weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat [Bakker 1992]. Het model is gebouwd en aangeboden door het Waterschap Fryslan. Het onderzoek met behulp van het model is najaar 1993 verricht door Grondmechanica Delft.

3.2 Doel van de trekproeven

Zoals eerder vermeld is het doel van de modelproeven het verkrijgen van inzicht in het optreden van boogwerking (mate van inklemming) die bij het trekken aan houten blokken optreedt, zowel bij steens- als bij halfsteensverband. Bij de modelproeven worden op schaal mechanismen en effecten van inklemming en boogwerking bij het trekken van een houten blok uit een zetting bestudeerd; derhalve gaat het om proeven die kwalitatief van aard zijn.

Daarnaast dienen de verkregen proefresultaten met het twee-dimensionaal blokkenmodel als eventuele referentie en uitgangsgegevens voor het opstellen van numerieke en conceptuele modellen voor het in rekening brengen van inklemming en boogwerking in een steenzetting. Voorafgaand aan het onderzoek met het twee dimensionale blokkenmodel werden een aantal hypotheses geformuleerd, welke aan de hand van proefnemingen al dan niet bevestigd zouden kunnen worden. Deze hypotheses luiden:

Als blokken halfsteens liggen, zal de inklemkracht kolomsgewijs geringer zijn dan in niet-halfsteens verband.

Als de blokken rondom het aangedreven blok worden gefixeerd, treedt geen vastwiggen op.

Blokken zonder spleetvullingsmateriaal wiggen, bij dezelfde initiële spanning, eerder vast dan blokken met spleetvullingsmateriaal.

Blokken met dichtgepakt spleetvullingsmateriaal wiggen bij een kleinere inklemkracht vast dan blokken met losgepakt spleetvullingsmateriaal.

De breedte van de spleten beïnvloedt (negatief) het vastwiggen van de blokken. Bij een geringe graad van spleetvulling kunnen de blokken met een kleinere kracht worden losgetrokken dan bij volledig gevulde spleten.

Door excentrisch aan een blok te trekken wigt het reeds bij een lagere inklemkracht vast dan wanneer loodrecht op de zetting wordt getrokken.

Door de helling van het talud zullen de blokken aan de teen van de zetting een grotere kolom-gewijze inklemming hebben dan blokken aan de kruin.

Aan de hand van de proefresultaten kunnen de hypothesen zonodig aangepast worden of kunnen geheel nieuwe worden geformuleerd.

3.3 Korte beschrijving van het houten blokkenmodel

Het model bestaat uit een houten opsluitconstructie bestaande uit een onder- en bovenraam, voorts uit een onder- en bovenplaat, blokken, vulklossen, vullatten, (opsluit)wiggen, en tussenschotjes. De opstelling is geschetst in bijlage 2.1 en 2.2.

CO-346070/21 november 1994

Om de werking van het hout in het model zoveel mogelijk tegen te gaan, is dit gemaakt uit een speciale houtsoort. Voor het vervaardigen van het model is hardhout Afzelia gebruikt.

De uitwendige afmetingen van het model zijn 920*920*155 mm3. Het totale gewicht van het

model is circa 65 kg. Eén blok heeft een gewicht variërend tussen 230 en 340 gram.

In het model kan een veld van 49 blokken (7*7) opgebouwd worden. De afmetingen van de

blokken zijn 95*95*45 mm3. Door visuele beoordeling en onderzoek is gebleken dat er kleine

verschillen bestaan tussen de blokken onderling. Voor de proeven met halfsteensverband zijn ook

nog halve blokken (95*45*45 mm3) beschikbaar. Foto's van de proefopstelling zijn gegeven in

bijlagen 2.3 en 2.4.

De blokken hebben hun kopse kant aan de boven- en onderzijde. De verticale ribben van het blok, als het blok plat ligt, zijn iets afgeschuind. Bij het maken van het houten blokkenmodel is een maatafwijking van minder dan een halve mm aangehouden.

Om de horizontale kracht te meten in het veld is aanvankelijk een le type meetblok met opnemer

gemaakt die tussen de blokken geplaatst kan worden. De gedachte toen was een opnemer in te bouwen in een houten blok aan de zijkant. Hierbij is de betreffende zijkant van het blok, inclusief het meetelement afgedekt met een laagje gietrubber. De functie van het gietrubber is de doorgave van krachten en vereffening van ongelijkmatigheden aan het oppervlak van het meetblok.

Na verschillende proeven met de opnemer bleek de krachtopnemer te ongevoelig en het rubber had enige tijd nodig om de krachten door te geven en om weer in uitgangspositie te komen. Vooral bleken krachten die niet in het midden van het meetblok (tijdens de boogwerking in de boog) aangrijpen onvoldoende te worden doorgegeven.

Naar aanleiding van het bovengenoemde is een tweede type meetblok vervaardigd dat ook de horizontale krachten in de boog (op de rand van het blok) goed kan meten.

Bij het tweede type meetblok is de krachtopnemer eveneens ingebouwd in een houten blok (zie bijlage 2.5). Het blok is doormidden gezaagd waarna in de ene helft twee pinnen zijn gezet en in de andere helft twee busjes waarin de twee pinnen precies passen. Deze constructie voorkomt buiging en daarmee extra momentbelasting. In het midden van het blok is een meetelement met rekstrookje (krachtopnemer) ingebouwd. Van dit tweede type meetblok zijn er drie gemaakt en in de proeven gebruikt om de horizontale krachten in het veld te meten.

De meetopstelling wordt gecompleteerd door een verplaatsingsopnemer welke voor het begin van iedere proef op het trekblok, direct naast het trekoog, werd geplaatst.

3.4 Proeven met het houten blokkenmodel

Met behulp van het twee-dimensionaal blokkenmodel kunnen vanwege diverse variabelen vele soorten proeven gedaan worden, zoals:

een rij blokken danwei een veld blokken steensverband danwei halfsteensverband wel of geen spleetvulling

indien wel spleetvulling: verdicht of onverdicht

trekken met afgestempelde of niet afgestempelde blokken naast het blok waaraan getrokken wordt

verschillende grootte van de voorspanning.

Nadat een proef was gedaan, werd voor de volgende proef het hele veld opnieuw gelegd en voorgespannen, om te vermijden dat de voorgeschiedenis (oude voorspanning) eventueel de uitkomst van de volgende proef zou beïnvloeden. Bij het neerleggen van de blokken is erop gelet dat de blokken zo goed mogelijk op dezelfde wijze aansluiten op elkaar in verband met de reproduceerbaarheid. Nadat het veld was gelegd, werden de vulklossen aangebracht, vervolgens werd de voorspankracht aangebracht door licht op de wiggen te tikken. Tijdens de aanloopproe-ven bleek het homogeen voorspannen van het veld een moeilijke opgave omdat dit afhankelijk is van een aantal factoren bijvoorbeeld: gladheid van de ondergrond, gladheid van de blokken, vulklossen en wiggen maar bovenal de aansluiting van de blokken onderling. Vooral bij lage voorspankrachten is de invloed van bovenstaande factoren groot.

Enkele proeven zijn uitgevoerd met spleten van 1 a 2 mm tussen de blokken met daartussen zand. Het verdichten van de spleetvulling is gebeurd met behulp van een hand tril apparaat; gedurende 5 a 10 minuten is het gehele veld blok na blok getrild. Een probleem hierbij was dat het zand onder de blokken "kroop". Ook de spleetbreedte bleek moeilijk constant (dezelfde) te houden. In alle gevallen is een spleetbreedte van 1 a 2 mm toegepast. Speciaal aandacht is gegeven dat het zand in de spleten rond het trekblok zo goed mogelijk en in dezelfde mate bij de verschillende proeven werd verdicht.

Enkele proeven zijn uitgevoerd met gefixeerde blokken. De blokken werden gefixeerd door een kunststof ring die op de blokken rustte. Tussen de kunststoffen ring en de twee kokerprofielen erboven is een geringe speling. De kokerproflelen worden aan de uiteinden, met behulp van (lijm)kJemmen, aan het boven- en onderraam bevestigd.

Als de voorspanning is aangebracht, wordt begonnen met het omhoogtrekken van het trekblok. Of zich in het veld voorafgaand aan en tijdens het trekken een min of meer homogene voorspanning bevindt kan men zien aan de uitlezing van de drie opnemers.

De proef eindigt als het trekblok los komt uit de zetting (bij 40 a 50 mm verplaatsing) of als het gehele model mee omhoog komt Het trekblok werd in de proeven in een duur van circa 8 a 10 s uit de zetting getrokken.

Bij de proeven was het model verzwaard door enkele gewichten van 5 a 10 kg op de hoekpunten van het model te plaatsen. In één geval (bij proef 19) is het gehele model mee omhooggekomen

CO-346070/21 november 1994

bij 1035 N trekkracht. Dit komt overeen met circa 300 maal het gewicht van één houten blok. De horizontale krachten kunnen, zoals de meetwaarden aangegeven, vele malen groter worden -dan de verticale trekkracht.

Bij een aantal proeven is excentrisch getrokken. Bij alle excentrisch getrokken proeven was de plaats van het trekoog dezelfde, namelijk zeer dicht bij de rand van het trekblok.

3.5 Beschrijving van de uitgevoerde proeven

3.5.1 Eerste proevenserie (oriëntatieproeven)

De eerste oriënterende serie proeven is begin november 1993 gedaan met een één-dimensionale proefopstelling (een rij blokken) met een opnemer van het tweede type.

Proef 1:

Bij deze proef is het gehele veld met houten blokken gelegd. In de rij met de krachtopnemer is een voorspankracht van 50 N aangebracht door aandrukken van de betreffende opsluitwig. De andere rijen zijn licht voorgespannen (minder dan 50 N) door de wiggen licht aan te drukken. Aan het middelste blok is centrisch getrokken. Het meetresultaat geeft aan dat vastwigging optreedt.

Proef 2 en 3:

Bij deze proeven is één rij blokken gelegd. In deze rij is een voorspankracht van 25 N aange-bracht met de opsluitwig. Aan het middelste blok is centrisch getrokken. Het meetresultaat geeft aan dat inkJemming optreedt. De trekkracht en de verplaatsing als functie van de inklemkracht zijn weergegeven in de respectievelijke bijlagen 2.6, en 2.7.

Proef 4a:

Bij deze proef is het gehele veld gelegd in halfsteensverband. Door opspannen van de 2 rijen waartussen de krachtopnemer zit is een voorspankracht van 50 N aangebracht.

Naast deze rijen zijn de overige rijen en daarmede één zijde van het veld licht (in principe minder dan 50 N) voorgespannen, maar de andere zijde niet Aan het middelste blok is centrisch

getrokken. Bij deze proef is het trekblok eruit getrokken zonder vastwigging. Proef 4b:

N in de steensrichting. Aan twee zijden van het veld is in de richting hier loodrecht op een lage voorspanning (minder dan 50 N) aangebracht.

Bij deze proef is het trekblok er echter niet uitgetrokken; vastwigging trad op. Proef 5:

Bij deze proef is één rij blokken gelegd. In deze rij is een voorspankracht van 100 N aangebracht. Op de blokken aan weerszijden van het middelste blok zijn massagewichten van 5 kg geplaatst ter afstempeling. Aan het middelste blok is centrisch getrokken. In de proef zijn bij het trekken aan het trekblok de naburige blokken met stempelgewichten mee omhooggetild. Het meetresultaat toont dat inklemming optreedt en dat deze wijze van fixatie niet volgens de verwachting heeft gefunctioneerd. De trekkracht en de verplaatsing als functie van de inklemkracht zijn weer-gegeven in de bijlagen 2.8.

Proef 6:

Bij deze proef is één rij blokken gelegd die voorgespannen is met 50 N. Aan het trekblok is in dit geval excentrisch getrokken. De proef toont dat vastwigging optreedt Uit vergelijking van dit resultaat met dat van proef 2 blijkt dat inklemkracht en trekkracht hoger zijn. De trekkracht en de verplaatsing als functie van de inklemkracht zijn weergegeven in de bijlagen 2.9.

Proef 7 (afgekeurd)

Bij deze proef is het gehele veld in steensverband met blokken met een onderlinge afstand van 1.5 a 2 mm gelegd. Omdat voor de eerste keer met zand tussen de spleten werd gewerkt is het resultaat niet representatief. De proef is afgekeurd.

De spleten tussen de blokken zijn opgevuld met zand met een D50 van circa 200 um

(Oosterschel-de zand) dat vervolgens geduren(Oosterschel-de circa 10 minuten is verdicht In (Oosterschel-de rij met (Oosterschel-de krachtopnemer is een voorspankracht van 200 N aangebracht. De andere rijen zijn eveneens behoorlijk voorgespan-nen maar wel minder dan 200 N. De proef gaf aan dat slechts een geringe trekkracht was vereist en weinig inklemming zich voordeed.

3.5.2 Tweede proevenserie (aanloopproeven)

Vanwege tal van moeilijkheden bij de uitvoering van de tweede serie zijn deze proeven waarde-vol geweest als aanloopproeven en eveneens ter oriëntatie voor de definitieve proeven.

Het zwaartepunt bij de tweede serie proeven lag vooral bij het "in de vingers" krijgen van het zo homogeen mogelijk aanbrengen van voorspanning in het veld. Hierbij is ook aandacht geweest voor de diverse soorten proeven die in de definitieve proevenserie van belang kunnen zijn. De meetresultaten van deze aanloopproeven zijn niet bruikbaar voor het trekken van conclusies.

CO-346070/21 november 1994

3.53 Derde proevenserie

In december 1993 is de definitieve serie proeven met een twee-dimensionaal veld blokken

uitgevoerd. De proeven zijn nauwkeurig uitgevoerd en de resultaten worden voldoende betrouw-baar geacht om hier conclusies aan te kunnen verbindea

De verrichte proeven zijn in tabel 3.1 opgenomen. Een aantal proeven zijn dubbel uitgevoerd, echter altijd wel met verschillende initieel aangebrachte voorspanning in het blokkenveld. Het aantal uitgevoerde proeven bedraagt 20.

3.5.4 Bepaling houtwrijvingscoëfficiënt

De wrijvingscoëfficiënt van de houten blokken is gemeten, omdat dit van belang is om de grootte van de wrijving tussen blokken te onderscheiden van de kracht ten gevolge van de boogwerking. Het trekblok bevindt zich in het midden van een enkele rij blokken die voorafgaand aan het trekken voorgespannen wordt. De naastliggende blokken (2 stuks) worden, na het aanbrengen van de voorspanning gefixeerd met een (of meerdere) gewichten. Het trekblok wordt centrisch

omhoog getrokken. Ongeveer 20 verschillende voorspanningen zijn aangebracht Voor de bepaling van de wrijvingscoëfficiënt is de volgende formule gebruikt:

Ft- G = f * Fv (2.1)

F, = Totale trekkracht [N] f = Wrijvingscoëfficiënt [-]

Fv = Voorspankracht [N]

G = Gewicht blok [N]

De meetresultaten geven aan dat de wrijvingscoëfficiënt afhankelijk is van de voorspankracht en enigszins verschillend is voor de lichtgele en donkere houtsoort. Bij lage voorspankracht is de wrijvingscoëfficiënt hoger dan bij grote voorspankracht. Dit is verrassend. De wrijvingscoëfficiënt wordt meestal constant verondersteld. Gevonden is dat de wrijvingscoëfficiënt circa 0,75 bedraagt bij 50 N voorspanning en circa 0,5 bij hogere voorspanningen.

3.6 Resultaten en conclusies

In tabel 3.1 staan vermeld de uitgangspunten van de proeven met meetresultaten en tevens de verhoudingen tussen de verschillende krachten.

Deze tabel is opgesteld gebruik makend van de meetgegevens van de derde serie proeven. Conclusies en opmerkingen worden gegeven in par. 3.6.1 met betrekking tot proeven met steensverband en in par. 3.6.2 met betrekking tot proeven met halfsteensverband.

3.6.1 Steensverban d

Het aanbrengen van een gelijkmatige voorspanning in een veld met steensverband is over het algemeen beter realiseerbaar dan bij halfsteensverband.

Bij de proeven 7 en 8 (centrisch getrokken) en 11 en 12 (excentrisch getrokken) is gemeten dat ook bij lage voorspanning al een aanzienlijke boogwerking optreedt.

De horizontale kracht in het veld wordt bij het excentrisch trekken groter dan bij het centrisch trekken.

Bij de proeven 17 en 18 waarbij de blokken rondom het trekblok gefixeerd zijn, treedt nauwelijks een boogwerking op. Bij het trekken wordt even een iets grotere trekkracht (11 en 17%)

genoteerd waarna deze direct sterk daalt.

Een mogelijke verklaring van de plotselinge daling van de trekkracht kan zijn dat er even een kleine boogwerking ontstaat, het blokkenveld zich zet (vervormt), en daarna hoeft alleen de wrijving tussen de blokken overwonnen te worden.

De hypothese: "Als de blokken rondom het trekblok worden gefixeerd, treedt geen of minder snel vastwiggen op" lijkt door de proeven bevestigd.

Bij proef 22 (met onverdicht zand tussen de spleten) blijkt de boogwerking (horizontale kracht) geleidelijk toe te nemen en na het bereiken van het maximum dalen de verticale en tevens de horizontale kracht snel en gelijkmatig. Bij proef 23 (met verdicht zand tussen de spleten) blijkt de boogwerking ook op te treden alleen iets sneller dan bij proef 22 waarbij het zand onverdicht is.

GRONDMECHANIC

DELF

T

1

i

I

iillll

l

iiiiii

i

mmmmi |||| |

l|||||ll

f

iiliii

i

iiiii

l

Iillll

l

iillll

l

lllll

l

•1

Iillll

l

Iillll

l

iii

l

2 , S , •2 , .3 . a.

•c

« 5

I

g

S/ 2

e

f

o

I

I

8

SP

•8

C M

Hieruit kan men concluderen dat het verdichten van het spleetvullingszand resulteert in een stijver veld en daarmee in het sneller optreden van de boogwerking.

Tevens is de maximale verticale trekkracht bij proef 23 (spleetvulling verdicht) aanzienlijk groter dan bij proef 22, echter de horizontale krachten zijn ongeveer gelijk bij de twee proeven. Dit laatste zou mogelijk veroorzaakt kunnen worden door spanningsspreiding in het veld.

Bij proef 26 (met verdicht zand tussen de spleten, excentrisch getrokken) zijn hogere horizontale spanningen gemeten dan bij proef 22 en 23 terwijl de voorspanning nagenoeg gelijk was. Het trekblok schiet af en toe iets los maar raakt direct daarna weer vastgeklemd.

Uit de resultaten van de proeven 11, 12 en 26 blijkt dat het excentrisch trekken over het algemeen hogere horizontale spanningen in het veld veroorzaakt

3.6.2 Halfsteensverband

Tijdens het uitvoeren van de proeven is gebleken dat het aanbrengen van een gelijkmatige voorspanning in het veld bij halfsteensverband aanzienlijk slechter te realiseren is dan bij steensverband.

De oorzaak hiervan ligt waarschijnlijk niet alleen bij het verband (steens/halfsteens) maar ook bij de blokken. De blokken zijn niet precies even groot waardoor ze bij het aanbrengen van de voorspanning in het horizontale vlak telkens iets (kunnen) verschuiven met als gevolg dat de krachtsoverdracht onregelmatig wordt. Dit effect speelt sterker bij halfsteensverband.

Een ander effect in dit verband bij halfsteensverband is dat door deze verschillen tussen de blokken en de kleine spleten in het veld tijdens het trekken het veld kan vervormen (zich zetten), waardoor minder gunstige voorwaarden voor het ontstaan van vastwigging aanwezig zijn.

Bij de proeven 9 en 10 is het veld in halfsteensverband gelegd en is centrisch getrokken. Boogwerking en daarmee extra inklemkracht treedt bij de proeven op.

De boogwerking treedt meestal op in de rij die in steensverband ligt. Geconstateerd is dat als de boogwerking in het gehele veld ontstaat, de trekkracht groter wordt dan als deze alleen in een rij ontstaat.

Bij de proeven 13, 14, 15 en 16 werd excentrisch getrokken. Bij de proeven 13 en 14 was de excentriciteit in de "half-richting", bij proeven 15 en 16 is de excentriciteit in de steens-richting.

Bij proef 13 en 14 treedt er gezien de lage trekkracht een minimale boogwerking op. Bij proef 15 en 16 daarentegen treedt meer boogwerking op en deze treedt op in de rij die steensverband ligt. Bij halfsteensverband, zowel bij centrisch als excentrisch trekken is geconstateerd dat inklemming van de blokken sneller optreedt in een rij die in steensverband ligt. Hiermede wordt hetgeen in 1990 nabij Colijnsplaat is gemeten, bevestigd.

CO-346070/21 november 1994

Bij de proeven 19, 20 en 21 is het trekblok centrisch omhoog getrokken en zijn de blokken rondom het trekblok gefixeerd. Bij proef 19 treedt zeer duidelijk een boogwerking op.

Bij de andere twee proeven (met lagere voorspanning) treedt de boogwerking in veel mindere mate op. Deze twee proeven bevestigen de eerder gegeven hypothese betreffende het verschil tussen steens en halfsteens verband.

De verklaring dat bij proef 19 boogwerking optreedt is o.i. gelegen in het feit dat de afstempeling pas bij circa 3 mm verticale verplaatsing effectief werkte, zodat deze kon ontstaan; immers diverse proeven tonen aan dat boogwerking al gaat optreden vanaf circa 1 mm verticale verplaat-sing van het trekblok. Juist door de afstempeling kan bij proef 19 het blokkenveld niet verder dan 3 mm omhoog getrokken worden en omdat de horizontale krachten zeer groot waren (hoge wrijving) kon met zeer grote kracht (1035 N) worden getrokken zonder dat het trekblok uit van de zetting los kwam.

Bij proef 24 is een veld in halfsteens verband gelegd met een 1 a 2 mm brede spleet, die is opgevuld met zand, dat vervolgens is verdicht.

Een opnemer blijft tijdens het voorspannen een zeer lage waarde geven, hoewel deze op dezelfde wijze als bij de andere proeven is aangebracht. Er moet verondersteld worden dat bij deze proef met spleetvulling de horizontale voorspankracht anders is gespreid.

Ondanks bovenstaande treedt een boogwerking in ruime mate op. Nadat het trekblok uit de zetting was getrokken, bleef in de zetting nog een aanzienlijk spanningsveld over.

Een verklaring hiervoor is een andere spanningsspreiding en boogwerking rond het uitgetrokken trekblok bij halfsteensverband.

Bij proef 25 is een veld in halfsteensverband gelegd met een spleetbreedte van 1 a 2 mm, gevuld met zand dat verdicht is. Aan het trekblok is excentrisch getrokken. Als we deze proef vergelij-ken met proef 15 (halfsteensverband, excentrisch) dan constateren we dat de max. horizontale kracht, bij proef 25 ongeveer 1,7 maal zo groot en de maximale trekkracht circa 5 maal zo groot . is als bij proef 15.

Dit kan betekenen dat bij halfsteensverband en spleetvulling een betere boogwerking optreedt dan zonder spleetvulling. Een mogelijke verklaring hiervoor kan zijn dat de spleetvulling de verschil-len tussen de blokjes (niet altijd 100% haaks, niet precies even groot) vereffent met als gevolg een betere boogwerking.

Bij halfsteensverband komt het voor dat, nadat het trekblok is losgetrokken, nog spanning in het veld overblijft. Deze restspanning kan men toeschrijven aan het feit dat bij halfsteensverband een betere spreiding en boogwerking van de krachten optreedt dan bij steensverband.

terwijl bij halfsteensverband de (voor)spanning zich beter verdeeld over het veld.

Met andere woorden de voorspanning ten gevolge van het aandrukken van de wiggen wordt bij een steensverband veld sterker aangebracht in een rij of in een kolom blokken.

Bij halfsteensverband daarentegen spreiden de krachtslijnen zich in verschillende richtingen en beïnvloeden elkaar.

3.63 Schaling

De proeven in het houten blokkenmodel zijn op een schaal van iets meer dan l-r5 uitgevoerd, in vergelijking met de Haringmanblokken bij Colijnsplaat. Daarnaast verschillen de volumieke massa, de specifieke wrijvingscoëfficiënt en de stijfheid van hout en beton. De vraag doet zich dan voor in hoe verre de resultaten van het houten blokkenmodel naar de praktijk van beton kunnen worden vertaald?

Er is bij de trekproeven te Colijnsplaat gekeken naar een verplaatsing van 25mm of meer,

overeenkomend met een verplaatsing van 10% van de blokhoogte. In eerste instantie wordt alleen de eerste serie proeven in het houten blokkenmodel beschouwd, in het bijzonder de proeven 2, 3, 5 en 6. Als er blokken vastwiggen, dan is er in het algemeen een vrij grote kracht nodig, voor zelfs maar een verplaatsing van 10% van de blokhoogte (4,5 mm). In tabel 3.2 is voor het houten blokkenmodel de 'Kracht (10%)' vermeld, dat is de trekkracht voor een verplaatsing van 10% van de blokhoogte. Ook de initiële voorspanning wordt vermeld. Tenslotte is de relatieve kracht, te weten de kracht bij 10% blokverplaatsing gedeeld door het eigen gewicht van het blok, weer-gegeven.

Iliill

il!!!!!!!

2 3 5 6

11HH11111

100 90 175 80

liiiiiiiiiaiiii

lillllillili

50 25 100 50 ::^:S:::::ï:::::::^^::::::::::::^ï:$::i^::::W:::::^:: ÏÏMÈÊÈÊÊÊÈÊÊÈÈË:

WiII«ilii|»!IIIIiI^

iÉililliil^ilill

30 25 50 25

Tabel 3.2 Kracht bij 10% uittrekken van een blok ten opzichte van het eigen gewicht.

CO-346070/21 november 1994

afgelezen uit de bijlagen 2.6 t/m 2.9. N.B. de twee pennen van de recorder (trekkracht en verplaatsing) zijn in deze bijlagen 3 mm ten opzichte van elkaar verschoven.

Indien deze gegevens worden vergeleken met de verticale trekkrachten, zoals die zijn gemeten bij Colijnsplaat, dan valt op dat vertaling met tabel 3.2 aanleiding zou geven tot erg hoge waarden voor de 10% trekkracht. Immers een trekkracht die 30 keer groter is dan het eigen gewicht van een blok, is ruwweg 50 kN, terwijl de opstelling slechts de beschikking had over een maximale trekkracht van 9 kN.

Op grond van de aanname, dat het eigen gewicht van het blok de gemeenschappelijke factor is, die de grootte van de trekkracht voor 10% blokverplaatsing bepaalt, moet worden geconcludeerd dat de overeenkomst tussen het houten blokkenmodel en de Haringman blokken niet juist is. Er kunnen drie oorzaken voor de afwijkingen worden aangegeven.

De eerste is dat de wrijving van hout op hout essentieel anders is dan tussen zand en beton en/of de interne wrijving in zand. Een tweede oorzaak is, dat de horizontale inklemkracht in het houten blokkenmodel veel groter is dan bij de proeven te Colijnsplaat. Omdat te Colijnsplaat de

inklemkracht niet is gemeten, kan er geen vergelijking worden gemaakt tussen schaalmodel en praktijk. De derde mogelijkheid is, dat de aanname dat het eigen gewicht bepalend is, onjuist is. De eerste mogelijkheid, te weten de invloed van zand, kan wel worden onderzocht. In tabel 3.3 zijn daarom dezelfde grootheden als in tabel 3.2 aangegeven. De proeven 22 t/m 26 zijn gebruikt.

111111

22 23 24 25 26

Hiiiiiiiiii

iliiiliiliiillllliililli

120 180 150 200 200

llillliiliiiii

60 50 60 60 50

liliiiiliiiiil

ipipllilliliilli

::xi:W:[:x:::x:x::öx:x:::x:x:::>x:::x:x:>x:x:::xöx 35 50 45 55 55

Tabel 3.3 Kracht bij 10% uittrekken van een blok ten opzichte van het eigen gewicht.

10% blokverplaatsing is bij proeven met zand als spleetvullingsmateriaal ruwweg 50 keer het blokgewicht. Er is geen enkele proef waar een relatieve blokverplaatsing van 10% bij minder dan 6 keer het blokgewicht optreedt. Het houten blokkenmodel verschilt daarin dus sterk met de prak-tijkproeven te Colijnsplaat. De proeven uit tabel 3.2 zijn bij een vergelijkbare voorspanning uitgevoerd als de proeven in tabel 3.3. Ook de kracht voor 10% blokverplaatsing verschilt voor beide series weinig, terwijl toch de eerste serie proeven een-dimensionaal is uitgevoerd en bij de derde serie een compleet veld is gelegd. Uit de geringe verschillen kan worden geconcludeerd dat het spleetvulllingsmateriaal dus geen significante rol speelt. Wat resteert is de initiële voorspan-ning. Deze is ten opzichte van het blokgewicht vrij groot, een factor 10 of meer. Is dit een waarde die ook in de praktijk wordt aangetroffen?

De zetting te Colijnsplaat is halfsteens gelegd. Visueel is inklemming in horizontale richting, dus rijgewijs, waargenomen. Het is niet erg waarschijnlijk dat langs de rijen een voorspanning van meer dan 10 maal het eigen gewicht aanwezig is, omdat in een dergelijk geval er onvoldoende wrijving met de ondergrond kan worden ontwikkeld. In een kolom zou dit wel mogelijk kunnen zijn, in het bijzonder geheel onder aan de zetting, in de nabijheid van de laagwaterlijn.

Naar mate er meer blokken worden ingeklemd, wordt de rek, die bij een bepaalde verticale verplaatsing nodig is, kleiner. In het houten blokkenmodel deden slechts 7 blokken mee, hoeveel het er bij de praktijkproeven te Colijnsplaat waren, is onbekend. Daarnaast is niet de stijfheid van een beton maatgevend voor het trekgedrag van blokken, maar de effectieve stijfheid van de zetting. Omdat de zetting in de praktijk niet zijdelings is opgesloten tussen gefixeerde randen, kan er door het ontbreken van die randen meer deformatie ontstaan.

Er resteert de derde mogelijkheid, dat niet het eigen gewicht van een blok maatgevend is voor de grootte van de trekkracht voor 10% blokverplaatsing.

Blokken klemmen in, omdat ten gevolge van de blokverplaatsing de twee laatste blokken iets moeten kantelen, waardoor de ruimte die de blokken in beslag nemen, iets groter wordt. In hoofdstuk 5.3 wordt dit in detail beschreven. Omdat er geen mogelijkheden zijn voor vergroting van de ruimte, moeten de blokken deformeren. De stijfheid van het materiaal waaruit de blokken zijn gemaakt, gekoppeld met de benodigde deformatie (rek), levert een inklemkracht. Met andere woorden, de deformatie bepaalt de grootte van de inklemkracht. Daarom is het zinvoller de trekkracht voor 10% blokdeformatie te relateren aan de kracht die nodig is voor de deformatie van de blokken.

Voor de normering van de 10% trekkracht worden de houten blokken uit het houten blokken-model eerst in grootte opgeschaald naar Haringmanblokken. Er is dan een, zij het fictief, houten

CO-346070/21 . . november 1994

mate zijn opgeschaald, treden er tijdens trekken aan dit model bij een gegeven vervormingspa-troon precies de zelfde rekken in het hout op als bij het kleine model. De drukdiagonalen die de

inklemkrachten overbrengen, hebben echter een {500/95 }2 = 27,7 keer zo grote doorsnede. Hieruit

volgt dat de inklemkracht en daarmee de 10% trekkracht in het fictieve opgeschaalde model ook 27,7 keer zo groot is als in het eigenlijke houten blokkenmodel. Uit de tabellen 3.2 en 3.3 volgt voor de 10% trekkracht een orde van grootte van 0,14 kN. Voor het fictieve blokkenmodel betekent dit een 10% trekkracht met een orde van grootte van 4 kN.

Er is tot zover een situatie doorgerekend, waarin de houten blokken de gelijke grootte hebben als Haringmanblokken. Als nu de 10% trekkracht voor het fictieve houten blokkenmodel moet worden gerelateerd aan de proeven te Colijnsplaat, verschijnt de stijfheid van het materiaal waaruit de blokken zijn vervaardigd, in de beschouwing. In gedachten kan een geheel betonnen blokkenmodel worden gemaakt. Ook aan deze blokken wordt zo hard getrokken totdat er 10% blokverplaatsing is. Omdat de geometrie in het houten blokkenmodel niet verschilt van die in het fictieve betonnen blokkenmodel worden ook weer dezelfde rekken in de blokken gegenereerd. Omdat de stijfheid van beton groter is dan van Afzelia, moet er in het betonnen blokkenmodel voor de benodigde rek harder worden getrokken dan in zijn houten equivalent.

Afzelia heeft volgens opgave van TNO een elasticiteitsmodulus van 13,2 kN/mm2, evenwijdig aan

de vezel. De houten blokken worden echter loodrecht op de vezel belast. De elasticiteitsmodulus van Afzelia loodrecht op de vezel blijkt niet direct bekend te zijn, maar wordt op basis van ervaring geschat op 3 kN/mm2. E ^ , , bedraagt ca. 30 kN/mm2. Omdat de stijfheid van beton een

factor 10 groter is dan van Afzelia, is de 10% trekkracht in het betonnen blokkenmodel ook een factor 10 groter: 40 kN. Dit is overigens dezelfde orde van grootte als bij opschaling van de trekkrachten van het houten blokkenmodel.

Tenslotte moet de vertaalslag tussen het fictieve betonnen blokkenmodel en de praktijkproeven te Colijnsplaat worden gelegd. Het eenvoudigste is om de invloed van de spleten te verwaarlozen. Voor de 10% trekkracht in de praktijkproeven wordt derhalve 40 kN verwacht. De installatie, waarmee aan de blokken in de praktijk is getrokken, heeft echter een maximale trekkracht van 9 kN. Veronderstel een lineair verband tussen de trekkracht en de verplaatsing. Bij terugschalen volgt dan voor een trekkracht van 9 kN een blokverplaatsing van 2,2%, ofwel ongeveer 5 mm. Voor een groot deel van de trekproeven [Plooster 1990] op Haringmanblokken van

500x500x250 mm3 is gevonden dat bij een trekkracht van 9 kN verplaatsingen optreden met een

grootte van 1 a 10 mm. Als de resultaten behaald met het houten blokkenmodel worden opgeschaald, dan wordt een waarde van ongeveer 5 mm voorspeld. De gemeten verplaatsingen stemmen dan redelijk met elkaar overeen.

Concluderend kan op basis van het bovenstaande voorbeeld worden gesteld dat opschalen van de resultaten van de trekproeven aan het houten blokkenmodel naar een echte zetting resulteert in 10% trekkrachten (F10%=40 kN) en verplaatsingen bij 9 kN (8F=9 kN = 5 mm) die realistisch zijn

ten opzichte van wat in de praktijk is waargenomen.

3.6.4 Reproduceerbaarheid

Bij het doen van proeven kunnen de volgende punten de reproduceerbaarheid beïnvloeden. Maatafwijkingen van de houten blokken, inclusief het niet 100% vierkant zijn

De praktische onmogelijkheid om in het veld herhaalbaar dezelfde volledig homogene voorspanning aan te brengen.

Het vervormen of zetten van het blokkenveld tijdens het voorspannen en trekken veroor-zaakt een onvoorspelbare spanningsontwikkeling in het veld en daarmee een minder goede reproduceerbaarheid van de proeven.

Bij de proeven op steensverband is de reproduceerbaarheid o.i. redelijk tot goed te noemen en bij de proeven op halfsteensverband minder. Dit geldt ook bij een uiterst zorgvuldig herhalen

(opbouwen, aanbrengen voorspanning en uitvoeren) van dezelfde proef met dezelfde randvoor-waarden.

CO-346070/21 november 1994

4 Samenvatting proeven uitspoelen spleetvulling

4.1 Inleiding

Bij veldonderzoek aan taludbekledingen van gezette steen is gebleken, dat er in veel gevallen sprake is van inzanden van de constructie. Vanaf het voorland spoelt, onder invloed van getij en golfwerking, zand en slib het talud op. Dit materiaal kan zich in de filterlaag en in de spleten tussen de blokken afzetten. Dit verschijnsel wordt om twee redenen van groot belang geacht voor de stabiliteit van steenzettingen. Ten eerste is de invloed op de doorlatendheid van filter en toplaag van invloed op de leklengte, en daarmee op de verschildrukken die over de toplaag ontstaan bij belasting. Ten tweede, doch dit is nog in onderzoek, kan de inzanding de sterkte van de toplaag beïnvloeden. Zo bleek bij het trekken van blokken (zie bijvoorbeeld [Plooster 1990]) de benodigde trekkracht om een blok uit de zetting te trekken in de ingezande zone significant groter te zijn dan in het niet ingezande gedeelte hoger op het talud. Door welk mechanisme deze toename van sterkte verklaard moet worden is in dit stadium onderwerp van onderzoek. De voornaamste vraag die in dit kader beantwoord moet worden is: hoe groot is de toename van de sterkte van de toplaag ?

Een vraag die echter ook beantwoord moet worden is: mag deze extra sterkte wel in rekening gebracht worden ? Het is experimenteel en theoretisch aangetoond, dat zand onder een verhang van ongeveer 1 fluïdiseert. Om een blok in beweging te krijgen is een groter verhang nodig. Het zand zou dus theoretisch uit de spleten moeten spoelen voordat er sprake is van blokbeweging. Van een bijdrage aan de sterkte is dan uiteraard geen sprake meer.

In de praktijk blijken toch veel zettingen te zijn ingezand. Dit kan op twee manieren worden verklaard. De eerste verklaring luidt dat er niet gekeken is vlak na een storm waarbij het verhang over de spleet groter is geweest dan 1. In projectgroep TAW-A2 wordt al langere tijd gediscus-sieerd of het mogelijk is om met behulp van andere mechanismen te verklaren waarom het zand stabiel in de spleten blijft zitten.

Van diverse kanten zijn notities en reacties op notities verschenen, alle met de bedoeling een verklaring te vinden voor dit verschijnsel, echter zónder te leiden tot het tot stand komen van één visie waar iedereen zich in kan vinden. Daarom is besloten tot het uitvoeren van conceptuele proeven, met een modelopstelling die is ingericht om alle hypothesen te kunnen toetsen. In het volgende zal niet worden ingegaan op de verschillende hypothesen. In het kader van het modelleren van de sterkte van de toplaag zal worden volstaan met het kort beschrijven van de uitgevoerde proeven, de resultaten en de voornaamste conclusies. In dit hoofdstuk wordt gebruik gemaakt van de verslaggeving van het Waterloopkundig Laboratorium ([Tulp 1994]). In een

aparte rapportage zal uitgebreid worden ingegaan op de proeven en de nadere analyse van de proefresultaten.

4.2 Meetopstelling

De proeven hebben tot doel kwalitatief te kunnen bestuderen wat er met materiaal in de spleet gebeurd onder invloed van een uittredend verhang. De opstelling is geschetst in bijlage 3.1. De opstelling is bewust klein gehouden (1 spleet met een hoogte van 30 cm en een breedte van 22,5 cm), omdat op voorhand is gesteld dat het kwalitatieve kijkproeven betreft. De instrumentatie is om dezelfde reden beperkt gehouden. De spleetbreedte is in te stellen met stelschroevea Hierdoor kan de spleetvulling ook geklemd worden. De grootte van de klemkracht wordt niet gemeten. De wand die versteld kan worden is opgebouwd uit vier delen, omdat als de instrumentering in vervolgproeven zou worden uitgebreid op verschillende hoogtes gemeten moet kunnen worden hoe de klemkracht verandert tijdens een proef.

Tijdens de proef stroomt er water van onder naar boven door de spleet onder een stationair verhang. Dit verhang wordt met stapjes verhoogd, totdat het materiaal uitspoelt. De spleet is gevuld met materiaal. Dit materiaal wordt los in het water gestort. Als het materiaal vaster gepakt moet zijn, wordt verdicht door tegen de wand aan te tikken. Met de stelschroeven kan een

horizontale kracht worden aangebracht. Het verhang over de spleet wordt gemeten met behulp van twee peilbuizen, één onderaan de spleet en één op een afstand van 25 cm daarboven. Het debiet wordt gemeten door het water dat aan de bovenzijde uittreedt op te vangen gedurende een minuut en vervolgens het gewicht te bepalen. Het uitspoelgedrag kan door de doorzichtige

perspex zijwanden bestudeerd worden. De beide zijwanden zijn ruw gemaakt met schuurpapier en snedes met een stanleymes. Als de spleet is gevuld met zand en water zijn bewegingen van het zand in de spleet visueel goed te volgen.

De modelopstelling is gegeven in bijlage 3.1. In bijlage 3.2 is een foto van de meetopstelling te zien.

4.3 Proevenprogramma

Om de verschillende hypotheses te toetsen zijn in de proeven verschillende variabelen toegepast. De nuloptie wordt gerepresenteerd door de veronderstelling dat het zand onder alle omstandighe-den bij een verhang van circa 1 fluïdiseert en uitspoelt.

Hypothese 1 gaat uit van een horizontale klemkracht. Dit wordt bereikt door de stelschroeven een slag aan te draaien nadat het materiaal is aangebracht en verdicht door tegen de wand te tikkea Hypothese 2 veronderstelt het ontstaan van boogwerking. Hierbij lijkt vooral de verhouding tussen spleetbreedte en korreldiameter van belang. Dit kan worden getoetst door de spleetbreedte

CO-346070/21 november 1994

te variëren en verschillende korrelgroottes toe te passen.

Hypothese 3 is gebaseerd op de aanname dat bovenin de spleet een laagje grover materiaal voldoende is voor stabiliteit van het spleetvulmateriaal. Dit kan alleen optreden als er sprake is van breed gegradeerd materiaal (een flauwe zeefkromme), vervolgens het verhang op te voeren en te zien of dit natuurlijk ontstaat doordat het fijne materiaal aan de bovenkant uitspoelt. Alternatief is om bewust een laagje grover materiaal bovenin de spleet aan te brengen.

Hypothese 4 noemt dilatant gedrag van zand als mogelijke verklaring. Hierbij wordt veronder-steld, dat dichtgepakt zand in volume vergroot en losgepakt zand in volume verkleint. Dit kan worden getoetst door de pakkingsdichtheid te variëren.

Na het uitvoeren van de eerste serie proeven is besloten tot aanvullende proeven. Deze proeven hadden met name ten doel de invloed van wandruwheid, van grotere spleetbreedtes en van cyclisch in plaats van statisch verhang te onderzoeken. Daarnaast werd een proef met een laag grover materiaal op de laag fijn zand uitgevoerd, en een proef waarbij getracht werd zand in de poriën tussen het grovere materiaal in te spoelen. Een laatste proef betrof alleen grof materiaal (inwasmateriaal) in plaats van zand.

De wanden bestonden in de eerste serie uit perspex, dat enigszins ruw was gemaakt door hierin kerven aan te brengen. In de tweede serie proeven zijn ook gladde perspex wanden gebruikt en zeer ruwe wanden met gaten en met zand op de wanden geplakt.

Cyclisch verhang werd verkregen door de bak met water op en neer te doen gaan. In één proef werd tijdens de proef tegen de opstelling aangetikt om het stationaire beeld te verstoren.

In tabel 4.1 zijn de proeven gegeven met proefnummer en situatie. In de één na laatste kolom is het kritische verhang gegeven, dit wil zeggen, het verhang bij uitspoelen.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13a 13b 14 15 16 17 18 19 20 21 22

•I

I

iiiii

i

mmmm mmmm 210 210 210 880 450 210 210 210 880 880 450 210/880 210 210 210 210 210 2000/210 880 210 210 210 2000

liiii

llHil

1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3.0 3,0 3,0 3,0 3,0 6,0 12,0 6,0

lililll

normaal vast los normaal normaal normaal vast los normaal vast normaal los normaal los normaal normaal normaal normaal normaal vast normaal normaal normaal

•II

normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal glad glad ruw normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal normaal mmmmmm

liiliil

• m i

stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair stationair cyclisch stationair cyclisch stationair stationair stationair stationair

iiiii

i

Iiiii

i

3,6 1,8 4,2 5,4 > 6 , 7 3,4 2,5 1,8 4,2 5,0 4,4 > 10 2,0 1,6 2,5 1,2 3,1 -3,5 1,9 2,1 1,5 1,1 basisgeval vastere pakking lossere pakking grof zand brede gradering

vgl. proef 1, bredere spleet vgl. proef 2, bredere spleet vgl. proef 3, bredere spleet vgl. proef 4, bredere spleet vgl. proef 9, vastere pakking vgl. proef 5, bredere spleet onder fijn, boven grof zand gladde spleetwand

gladde spleetwand losgepakt ruwe spleetwand

tikken tegen opstelling cyclisch verhang fijn zand 'inzanden spleet' (lukte niet) cyclisch verhang grof zand zelfde als proef 7

grotere spleetbreedte grotere spleetbreedte inwasmateriaal

Tabel 4.1 Proevenserie uitspoelen spleetvulling

Bij de proeven is in op twee na alle gevallen uitspoelen van de spleetvulling geconstateerd. De uitzonderingen waren proef 5, met breed gegradeerd materiaal, een vaste pakking (aantikken) en

CO-346070/21 november 1994

een smalle spleet (1,5 mm) en proef 12, waarbij een laag grof materiaal op een laag fijn materiaal was aangebracht. Bij deze proeven werd de bak met water, waarmee het stijghoogteverschil over de spleet werd gerealiseerd, tot maximale hoogte opgetrokken zonder dat er enige beweging in het materiaal zichtbaar werd.

Het uitspoelen vindt op twee verschillende manieren plaats. In het ene geval begint het materiaal eerst bovenaan zichtbaar te bewegen. Dit plant zich voort naar onderen, tot meestal in het middengedeelte, een enkele centimeters brede, verticale band met bewegend materiaal heeft gevormd. Deze spoelt in één keer uit de spleet. In het tweede geval ontstaan onderaan de spleet gaten. Het materiaal wil zich naar boven verplaatsen. Dit gaat via de meest zwakke plaats, vaak langs de zijkant, verticaal omhoog, tot een doorgaande verbinding is gevormd. De rest gaat zeer snel.

Nadat het zand éénmaal gefluïdiseerd was werd de toevoer van water afgesloten. Het zand bezonk dan. Opvallend was dat bij het opnieuw opvoeren van het verhang het zand uitspoelde bij een verhang van 1. Kennelijk was er dan een dusdanig losse pakking dat geen enkele van de

mechanismen optrad. Een ander aspect hierbij is, dat voor fluïdisatie een homogeen korrelpakket nodig is. Dit vindt tijdens de proeven plaats door kleine interne vervormingen in het korrelpakket. Het zand zal zich eerst 'zetten'. Na fluïdisatie regent het zand terug en er ontstaat een vrij

homogeen zandpakket. Indien het pakket heterogeen gepakt is, dan zal daar waar het zand -losgepakt is, het meeste water stromen. Hierdoor zal intern wat korreltransport optreden tot elders een minder dichte pakking is ontstaan. Dit gaat door tot het pakket vrij homogeen is. Pas' dan treedt over een groter gebied fluïdisatie op.

4.4 Conclusies

De eerste conclusie, die uit de resultaten van de proevenserie getrokken kan worden, is dat voor een stationair verhang de nuloptie verworpen kan worden. Zand spoelt niet bij een verhang van 1 uit de spleet. In de naar verwachting meest ongunstige situatie (proef 8, fijn zand, geen horizonta-le inkhorizonta-lemming, brede sphorizonta-leet, losse pakking) is het verhang bij uitspoehorizonta-len al gelijk aan 1,8.

Geconstateerd is, dat het kritieke verhang bij stationaire proeven toeneemt als:

er horizontale klemming wordt toegepast. Dit is in feite hypothese 1. Hier is, net als bij boogwerking, sprake van krachtenoverdracht van korrel op korrel van de ene zijwand op de andere zijwand.

de spleetbreedte afneemt. Dit is een duidelijke indicatie voor boogwerking (hypothese 2). de gradering van het mengsel breed is. Het hoogste kritieke verhang is gevonden bij de proef met een laag grover materiaal boven een laag fijner. Ook de proeven met een brede gradering geven een hoger verhang dan vergelijkbare proeven met een steile zeefcurve.