Verdichtingstechnieken ” Seismische weerstand

Densiveringstechnieken

Densificatie- of verdichtingsmethoden houden in dat de gronddeeltjes in een strakkere configuratie worden gerangschikt, waardoor de dichtheid toeneemt. Dit verhoogt de schuifsterkte en de weerstand tegen liquefactie van de grond.

Densificatie heeft het voordeel dat de mate van behandeling gemakkelijk kan worden geverifieerd, en als liquefactie optreedt, worden verplaatsingen bijna altijd verminderd.

Hoewel verdichtingstechnieken typisch hoge niveaus van lawaai en trillingen produceren, de laterale omvang van verbetering groter moet zijn dan bij verhardings- of versterkingstechnieken en het verscheidene weken kan duren om de behandeling te verifiëren. Met uitzondering van compaction grouting en harsinjectie zijn verdichtingstechnieken doorgaans ook ongeschikt voor de behandeling van grond onder bestaande constructies.

Het verdichten van losse, zandige afzettingen met trillingen of impactverdichting is niettemin op grote schaal toegepast, waardoor het een van de populairste tegenmaatregelen tegen liquefactie is geworden.

Dynamische verdichting

Dynamische verdichting houdt in het herhaaldelijk laten vallen van een zwaar gewicht (typisch 5-20 ton) op het oppervlak van de grond om de dichtheid van de grond direct onder het inslagpunt te verhogen.

Terwijl de grond verdicht, vormen zich grote inslagkraters aan het oppervlak, die herhaaldelijk moeten worden opgevuld en opnieuw verdicht totdat de grond zijn beoogde sterkte heeft bereikt.

De valhoogte, het gewicht en de afstand variëren afhankelijk van de grond- en grondwateromstandigheden.

Dynamische verdichting is op grote schaal toegepast op projecten in Nieuw-Zeeland, en het kan een uitstekende mate van grondverbetering opleveren. Het is bekend dat het snel en economisch is, vooral bij de behandeling van grote oppervlakten. Het hoge trillingsniveau dat tijdens de procedure wordt gegenereerd, betekent echter dat deze methode niet geschikt is voor trillingsgevoelige gebieden of locaties in de buurt van hoogwaardige constructies.

Snelle-impact verdichting

Snelle-impact verdichting is een kleinschaligere versie van dynamische verdichting. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een heihamer die is bevestigd aan een grote stalen eindplaat die op de arm van een graafmachine is gemonteerd. De eindplaat wordt met snelle hamerslagen in de grond gedreven.

Dit verhoogt de bodemdichtheid door verdichting van de oppervlaktelagen terwijl de plaat wordt gehamerd en door vibro-compactie van lagere bodems.

Snelle-impactverdichting kan de dichtheid van de grond tot op enkele meters verbeteren en is bijzonder geschikt voor zandgronden in gebieden waar er voldoende afstand is tot naburige gebouwen.

Snelle-impactverdichting werkt door het trillen van de matrix van de gronddeeltjes om de dichtheid ervan te verhogen.

Vibro-verdichting

Vibro-verdichting houdt in dat een verzwaarde sonde (of vibroflot) in de grond wordt gebracht om horizontale trillingen aan te brengen.

Eenmaal ingebracht tot de laagste diepte van de te verdichten grond, wordt de sonde geactiveerd en ofwel herhaaldelijk teruggetrokken en neergelaten tussen de bovenste en onderste streefdiepte, teruggetrokken met een vaste snelheid of teruggetrokken in vaste stappen.

Het proces wordt gewoonlijk verscheidene malen herhaald in een vierkant of driehoekig raster, afhankelijk van de grootte van het te verdichten terrein.

Water, luchtstralen of afgraving worden soms gebruikt om de sonde te helpen de doeldiepte te bereiken. Wanneer de grond verdicht, ontstaat er een holte rond de sonde en moet er materiaal aan het gat worden toegevoegd om dit te compenseren.

Typische behandelingsdieptes variëren van 5-15 m, maar vibro-verdichting is uitgevoerd tot een diepte van 35 m.

Steenkolommen

Bij deze techniek worden verticale kolommen van verdichte granulaire opvulling in de grond ingebracht in een driehoekig of vierkant raster over het terrein. Bij dit proces wordt geen gebruik gemaakt van uitgraving. In plaats daarvan berust het op een verdringingsinjectietechniek, die de omringende grond verdicht.

De opvulling wordt vervolgens verdicht met behulp van een van de andere verdichtingstechnieken (vaak vibro-verdichting), waardoor de dichtheid van de omringende grond verder toeneemt.

De steenkolommen zijn het meest effectief bij de behandeling van zanden met minder dan 20% fijn zand, maar kunnen ook effectief locaties met slibrijk zand en zandige zanden behandelen.

De steenkolommen staan meestal 1,5-4,0 m uit elkaar en kunnen de bodem verdichten tot een diepte van 4-15 m, maar bodems tot een diepte van 30 m zijn met deze methode behandeld.

Steenkolommen kunnen grond- of grondwaterverontreinigingen verspreiden tijdens de bouw en terwijl ze in gebruik zijn. Alternatieve technieken moeten worden gebruikt als er een verontreinigingsgevaar is op of in de buurt van de site.

Compactiepalen

Compactiepalen bestaan uit het installeren van permanent geheid palen om de bodem te verdichten door verplaatsing en trillingen.

De palen zijn meestal gemaakt van voorgespannen beton of hout en gerangschikt in een vierkant of driehoekig raster met een tussenafstand van drie tot vier paaldiameters over het terrein. Zij kunnen worden geheid tot een diepte van 16 m.

Tot op zekere hoogte kunnen de palen ook de afschuifspanningen in de grond tussen de palen verminderen, waardoor de weerstand tegen liquefactie wordt verbeterd. Dit kan een nuttig voordeel zijn wanneer het onpraktisch is de grond alleen door verdichting te verbeteren.

Compaction grouting

Compaction grouting houdt in dat onder hoge druk een zeer stijve grout in de grond wordt geïnjecteerd. Het grout mengt zich niet met de grond. Het injectieproces zorgt ervoor dat het uitzet in een reeks gefaseerde bollen, die de omringende grond indrukken en verplaatsen om de aangrenzende dichtheid te verhogen.

Typisch bestaat de grout uit een grond-cement-water mengsel, hoewel de sterkte van de grout onbelangrijk is, aangezien de techniek de grond eerder verdicht dan versterkt.

Omdat het gebruik maakt van kleinschalige, wendbare en trillingsvrije apparatuur, is compaction grouting bijzonder geschikt voor gebruik onder bestaande constructies en in combinatie met gebouwrelevellingstoepassingen.

De techniek kan echter grondverschuiving veroorzaken in oppervlaktegronden die niet voldoende bovenliggende beperking hebben om de uitzetting van de grout te beperken.

Harsinjectie

Harsinjectie is vergelijkbaar met verdichtingsgrouting, maar omvat een agressief expanderende polyurethaanhars in plaats van grout.

Injectiebuizen worden op regelmatige afstanden in de grond geheid, en gecontroleerde volumes van een harsmengsel worden in de grond gepompt. Het harsmengsel reageert kort na de injectie chemisch, verandert van een vloeibare in een vaste toestand en zet snel uit tot een veelvoud van zijn oorspronkelijke volume. Deze expansie resulteert in verdichting van de aangrenzende grond.

In een typische installatie wordt de injectiebuis ofwel in fasen teruggetrokken met vaste volumes hars geïnjecteerd in elke fase of wordt langzaam teruggetrokken in een gelijkmatig tempo terwijl een vast volume hars onderweg wordt geïnjecteerd.

De beste resultaten worden bereikt in schoon zand, maar goede resultaten kunnen ook worden bereikt in slibrijk zand.

Hoewel toepasbaar op geruimde terreinen, is harsinjectie bijzonder geschikt voor gebruik onder bestaande structuren.