Soilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond4 201650Soilmix-wandenkrijgen vaste voetaan de grond1Kennis van constructieve toepassing van soilmix-wanden vastgelegd in handboekHet soilmix-proces wordt in Nederland steeds vaker toegepast. Bij deze techniek wordt met behulp vaneen beitel-, avegaar- of freesmachine de bodem gemengd met een bindmiddel, vaak op basis vancement. Hiermee worden de eigenschappen van de bodem verbeterd. De techniek wordt niet alleentoegepast als grondverbeteringstechniek, maar ook bij de vorming van dragende wanden in grond- enwaterkerende constructies: de zogenoemde soilmix-wanden. Door deze ontwikkeling ontstond debehoefte aan een praktisch toepasbare richtlijn.Soilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond 4 2016 51IndejarenzeventigwerdinJapanhetsoilmix-procesge?ntroduceerd alsmethode om grond te verbeteren. Tot aan het einde van de jarentachtig werd deze techniek alleen in Japan en Scandinavi? toegepast.Later deed de methode ook zijn intrede in de Verenigde Statenen Europa. Sinds het begin van deze eeuw wordt de soilmix-techniek ook gebruikt voor het vormen van constructieveelementen in grond- en waterkerende constructies van vooralbouwkuipen. Dit nieuwe toepassingsgebied kent een sterke groeiinondermeerBelgi?enNederland,vooralvanwegedeeconomischeen milieuvoordelen en het trillingsarme karakter van demethode. Bij deze constructieve toepassing worden stalen H- ofI-profielen verticaal aangebracht in het verse soilmix-materiaal.Deze profielen fungeren als wapening om de sterkte en stijfheidvan de wand te vergroten. Het soilmix-materiaal brengt doorboogwerking de belasting over op deze profielen (zie onderkopje `Ontwerp' en fig. 6a).Aanleiding`Handboek Soilmix-wanden'Door de groei van de toepassing van de techniek ontstondvanuit de markt een steeds groter wordende behoefte aan eenpraktisch toepasbare richtlijn voor het ontwerp en de uitvoeringvan soilmix-wanden. Temeer omdat de bestaande richtlijnenen normen voor de van oorsprong toegepaste deep mixingtechniek (o.a. NEN-EN 14679) weinig soelaas bieden voor dezenieuwe toepassingen. In Belgi? werd als antwoord hierop doorhet Belgische WTCB (Wetenschappelijk en Technisch Centrumvoor het Bouwbedrijf) in samenwerking met de ABEF en KULeuven een uitgebreid onderzoeksprogramma opgezet om hetmateriaal soilmix te karakteriseren. Aanvullend is vanuit eenunieke samenwerking tussen WTCB en SBRCURnet de afgelopendrie jaar gewerkt aan het `Handboek Soilmix-wanden ?ontwerp en uitvoering'. Dit handboek beschrijft alle aspectendie van toepassing zijn op de constructieve toepassing van hetsysteem. In het boek is in beide landen de beschikbare kennisgebundeld. In dit artikel worden enkele belangrijke onderdelenuit deze nieuwe publicatie belicht.Opbouw soilmix-wandBij het soilmix-proces wordt de aanwezige grondslag vermengdmet een nat mengsel van grout. De grond wordt in situ mecha-nisch (en eventueel hydraulisch of pneumatisch) gemengd,waarbij het grout wordt ge?njecteerd met behulp van een speciaalontwikkelde machine. Omdat de grondslag een belangrijkbestanddeel vormt, is het van belang dat een geschikte grondslagaanwezig is. De beste grondslag is zand. Ook in leem en slappeklei worden goede resultaten geboekt. Grove grindlagen en veen-lagen moeten voorafgaand aan de uitvoering worden beoordeeldop geschiktheid. Vaste kleilagen vergen meer tijd ten behoeve vande menging en een specifieke aanpassing van het mixsysteem.Het grout in het soilmix-mengsel dient als bindmiddel. Ditgrout bestaat uit cement en andere toevoegingen en soms ookbentoniet. De grootte van de behaalde druksterkte is afhankelijkvan de aanwezige grondsoort, maar ook van de hoeveelheidtoegediend bindmiddel. Dit ligt meestal in de orde van 250 tot500 kg per m3gerealiseerde soilmix bij een water-bindmiddelfactorvan circa 0,6 ? 1,2. Hiermee wordt een karakteristieke druksterktevan uiteindelijk 1 ? 12 N/mm2gerealiseerd (grote margevanwege de grote invloed van de grondkarakteristiek).Aan het bindmiddel-watermengsel wordt vaak een hoeveelheidbentoniet toegevoegd (20 tot 50 kg per m3gerealiseerdesoilmix) om de verwerkingseigenschappen te verbeteren. Ditbentoniet zorgt tevens voor een beperking van de uiteindelijkewaterdoorlatendheid.Nadat een sleuf gevuld met het slurrymengsel is gevormd,worden hierin stalen H- of I-profielen afgehangen. Als zodanigontstaat een gewapend soilmix-element (paneel of kolom).Vervolgens wordt op enige afstand een volgend elementgemaakt. Door hierna een (secundair) element te stortentussen de al aanwezige (primaire) soilmix-elementen, wordteen doorgaande wand gerealiseerd (fig. 3 en 4). Bij toepassingvan eenkettingfreeswordtin??nkeereendoorgaandewandgereali-seerd(zie onder kopje `Verschillende uitvoeringsmethoden').Voordelen van toepassing van soilmix-wanden zijn:? beperkt ruimtegebruik bij uitvoering;? geen trillingsoverlast;? minimale geluidsoverlast;? minimale transportbewegingen door het gebruik van aanwe-zige grond;? duurzame methode door minimaal gebruik van externegrondstoffen;? mogelijk gebruik van de soilmix-wand als permanenteconstructie.Als nadelen/aandachtspunten worden genoemd:? lagere bouwsnelheid dan een getrilde damwand (al is datgeen trillingsvrij systeem);? niet in elke grondslag het meest geschikt: dikke klei- en veenlagenen ook grindlagen vergen een deskundige beoordeling van detoepasbaarheid;? ervaringen met langetermijngedrag ontbreken;? onbekendheid van het systeem bij controlerende partijen.ing. Oskar de KokBodemBouw BVir. Jeroen de LeeuwConGeo BV1 Toepassing soilmix-wand spooronderdoor-gang Zutphensestraat ApeldoornBegeleidingscommissieDe samenstelling van de SBRCUR-net/WTCB-begeleidingscommissiestaat op www.cementonline.nl.Soilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond4 2016522 Drie functies van een soilmix-wand3 Kolomwand4 Paneelwand5 Doorgaande wand aangebracht door een kettingfreesToepassingsgebiedBij het toepassen van een soilmix-wand is het als eerste vanbelang vast te stellen wat de functie is van de wand in hetbetreffende ontwerp. In het handboek is een opdeling gemaaktin acht functies A t.m. H. Functies A t.m. C zijn als voorbeeldin figuur 2 weergegeven.Het onderscheid in functie A t.m. H bestaat uit tijdelijk ofpermanent grondkerend en/of waterkerend, verticaal dragendof waterremmend (polder). E?n en dezelfde wand kan uiter-aard verschillende functies al dan niet samen vervullen. Het isvanzelfsprekend dat de eisen die worden gesteld aan een soilmix-wand afhankelijk zijn van de functie en voorziene levensduur.Een tijdelijke functie betekent in de praktijk dat de levensduurvan de wand minder dan twee jaar bedraagt. Indien de levensduurvan de wand groter is dan twee jaar, spreekt men van permanente(of definitieve) soilmix-wanden.Voor permanente toepassingen worden er bijzondere eisengesteld aan de duurzaamheidsaspecten en moeten, afhankelijkvandeuitvoeringswijzeendetoepassing,bijkomendevoorzieningenen/of maatregelen worden getroffen. Dit is nodig opdat dewand zijn functie gedurende de voorziene levensduur kanvervullen. Dit vertaalt zich in een aantal randvoorwaarden enaandachtspunten voor het soilmix-materiaal, het ontwerp en dekwaliteitsbeheersing. Deze zijn per functie A t.m. H in hethandboek weergegeven.Verschillende uitvoeringsmethodenOp basis van het verschil in menginstallatie kan onderscheidworden gemaakt in drie typen soilmix-wanden:1 kolomwanden (fig. 3);2 paneelwanden (fig. 4);3 wanden aangebracht door middel van een kettingfrees (fig. 5).Kolomwanden worden aangebracht door ??n of meer boorbeitelsof avegaars verticaal in de bodem te boren. Paneelwandenworden aangebracht door een frees de grond in te brengen.Gelijktijdig met het boren of het frezen wordt het bindmiddel-watermengsel ge?njecteerd, waardoor dit met de grond wordtgemengd. De staalprofielen worden direct na het frezen inge-bracht.Ook kunnen wanden worden aangebracht door middel van eenkettingfrees waarmee de grond mechanisch wordt vermengdmet het bindmiddel, waarmee in ??n werkgang een doorgaandewand wordt verkregen. Door middel van deze methode wordenvoornamelijk waterremmende wanden gemaakt. Eventueelkunnen ook hier staalprofielen in de wand worden geplaatst,zodat ook grondkerende en constructieve toepassingen tot demogelijkheden behoren.functie A: tijdelijkegrondkerende soilmix-wandfunctie B: permanentegrondkerende soilmix-wandfunctie C: tijdelijke water-kerende en grondkerendesoilmix-wandprimair paneel secundair paneel> 10 cmsecundaire`soil mix'-kolomprimaire`soil mix'-kolomprimairekolomsecundairekolom> 6 cmof > D/8234Soilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond 4 2016 534 de verhardingsomstandigheden: temperatuur, ouderdom,vochtigheid;5 de eventuele aanwezigheid van verontreinigingen of brakwater.In het handboek is een overzicht van druksterkten weergegevendie zijn vastgesteld door het WTCB. Deze druksterkten zijnenkel indicatief en informatief. Het is aan de ontwerper dedruksterke in te schatten. Het beste kan de ontwerper hiertoeinformatie opvragen bij de beoogde uitvoerende partij.OntwerpHet ontwerp van de soilmix-wand kan globaal worden opge-splitst in drie berekeningsonderdelen:1 bepaling van de stabiliteit, vervorming en krachtswerkingonder invloed van de aanwezige korrel- en waterdrukken eneventuele extern aangrijpende belastingen;2 toetsing van de maatgevende snedekrachten aan de sterktevan de wand;3 toetsing van overige van belang zijnde onderdelen, zoalsstempelramen en verankeringen.Voor het bepalen van de benodigde wandlengte in de grond, deoptredendevervormingenvandewandendebijbehorendemaximalemomenten en dwarskrachten wordt voor de Nederlandse situatieaangesloten bij de berekening conform CUR-publicatie166:`Damwandconstructies'enEurocode7.Hettehanterenstappenplanvoor de toetsingsberekening en de bijbehorende veiligheidsfilosofieis in het handboek hieruit overgenomen.StijfheidSpecifieke input betreft de horizontale buigstijfheid van dewand.Dezewordtbepaaldopbasisvaneenvolledigesamenwerkingtussen het staal en het soilmix-materiaal. Ter bepaling van dezesamengestelde effectieve buigstijfheid EIeffzijn in het handboektwee methoden aangedragen.? methode 1: EIeffberekend als het gemiddelde van de onge-scheurde stijfheid EI-1 en de gescheurde stijfheid EI-2;? methode 2: EIeffberekend als de som van de stijfheid van dewapening en de stijfheid van de gedrukte soilmix-zone.De SBRCURnet/WTCB-begeleidingscommissie (zie kader)heeft deze methoden als voldoende representatief beschouwdvoor bepaling van de vervorming voor normale situaties.Voor de elasticiteitsmodulus van het soilmix-materiaal is eenrelatie gegeven, afhankelijk van de gemiddelde druksterkte(fsm,m) van het materiaal.Esm= 1482 fsm,m0,8Voor soilmix-wanden, uitgevoerd met deze drie methoden,gelden in Nederland en Belgi? de volgende karakteristiekeafmetingen:? de diameter van een soilmix-kolom bedraagt meestal 0,4 tot0,6 m (in bepaalde gevallen kan deze oplopen tot 1,2 m);? een veelvoorkomende lengte voor soilmix-panelen bedraagt2,2 tot 2,8 m;? de dikte van een soilmix-paneel bedraagt doorgaans 0,55 m;andere dikten zijn evenwel ook mogelijk;? de dikte van de soilmix-sleuf verkregen met de kettingfrezenvarieert in het algemeen tussen 0,35 en 0,50 m;? de uitvoeringsdiepte voor soilmix-kolommen en panelenbedraagt meestal minder dan 20 m, maar grotere diepten zijnevenwel mogelijk;? de uitvoeringsdiepte met de kettingfrees is, in verband metbeperkingen van de machine, begrensd tot maximaal circa 12 m.Vooronderzoek druksterkteIn het handboek is aangegeven dat verschillende vooronderzoekennodig zijn om informatie te verzamelen voor de dimensionering enuitvoering van een soilmix-wand. Zo moet worden bepaald ofer in de ondergrond aanwijzingen zijn die gevolgen hebben opde uitvoering en dimensionering van de wand.Omdat de druksterkte vooraf onbekend is, moet een realistischeinschatting worden gemaakt van de te verwachten sterkte vanhet soilmix-materiaal. Achteraf moet deze waarde wordengetoetst door middel van proefboringen. De ontwerper moetzich bewust zijn van het feit dat deze druksterkte en de aanwezigeuniformiteit/heterogeniteit door talrijke parameters wordenbe?nvloed.De invloedsparameters zijn:1 de grondkarakteristieken: grondsoort, pH, watergehalte;2 het bindmiddel: type, additieven, dosering en water-bindmiddel-factor;3 de mixmethode: apparatuur, mixenergie, graad van homoge-nisering;aanwezigebodembeweging van dekettinggraaf machinesoilmix-sleuf =soilmix-scherm =soilmix-materiaal5Soilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond4 2016546a en 6b Afdracht van de drukken via drukbogenSterkte drukboogsysteemDe korrel- en waterdrukken worden via het soilmix-materiaalafgedragen naar de staalprofielen. Hierbij ontstaat een drukboogindewand,waarbijevenwichtwordtverkregendoordenaastgelegenboog (fig. 6a en 6b). Dit is mogelijk indien sprake is van eengedrongen constructie. In Eurocode 2 is aangegeven dat deoverspanning van de boog, en hiermee de h.o.h.-afstand van deprofielen, beperkt moet zijn tot maximaal 3? de hoogte van deboog. Hoe dit model werkt bij uitwendige hoeken wordtbehandeld in het handboek.Op basis van de berekende geometrie van de boog zijn deoptredende spanningen te bepalen. Deze worden getoetst aande toelaatbare spanningen Rdgegeven voor staafwerkmodellenin Eurocode 2.Sterkte samengestelde constructieTer bepaling van de sterkte van de samengestelde constructievan het staalprofiel en het soilmix-materiaal geeft het hand-boek een rekenmethodiek gebaseerd op Eurocode 4. Hierbijwordt een M-N-interactiediagram bepaald (fig. 7). Van belangis hierbij de meewerkende breedte van de soilmix-wandwaarmee mag worden gerekend. In het handboek zijn hiervoorcriteria aangegeven. E?n daarvan is dat voor permanentewanden in principe niet met een afschuifsterkte tussen het staalen het soilmix-materiaal wordt gerekend. Slechts onderbepaalde omstandigheden, zoals een bescherming van de wandtegen klimatologische invloeden, kan een opdrachtgevertoestemming geven met een beperkte afschuifsterkte terekenen.Hydraulische weerstandNaast de functie van grondkering heeft de soilmix-wand ook metgrote regelmaat een waterkerende functie. Hierbij is de doorlatend-heid (k-waarde) van het soilmix-materiaal bepalend. De rangevan deze waarde ligt globaal tussen 1 ? 10-7en 10-10m/s.Bij toepassing van een soilmix-wand in een bouwkuip blijkt dathet soilmix-materiaal bijzonder goed waterkerend is. In depraktijk komt het voor dat er soms enig water de bouwkuipinkomt bij krimpscheuren en op plaatsen met verschil invervormingen zoals uitwendige hoeken. De krimpscheurenkunnen `zweetplekken' op de wand geven. Ter plaatse vanuitwendige hoeken, waar verschilvervormingen aanzienlijkkunnen zijn, kan een verticale scheur ontstaan. Indien nodigmoeten aanvullende maatregelen worden getroffen om descheurwijdte te beperken, zoals het plaatsen van een hoekschooraan de bovenzijde van de soilmix-wand.Indien de soilmix-wand specifiek wordt toegepast als ongewapendedichtwand, moet er gedegen onderzoek worden gedaan naar devervormingen. Zo nodig kan de wand worden voorzien vaneen folie. Verdere toelichting hiervan is terug te vinden in hethandboek.Deze relatie is afgeleid op basis van uitgebreid onderzoek doorhet WTCB. Het betreft een vuistregel bij een normaalspanningvan 10 ? 30% van de druksterkte en zonder kruipeffecten. Dekruipfactor moet conform het handboek apart worden meege-nomen.SterkteDe berekeningsmethodiek van de sterkte van de wand is toege-spitst op de toepassing van stalen H- en I-profielen als wape-ning in de wand. De sterkte van de wand wordt bepaald door:1 materiaaleigenschappen van de wand;2 sterkte van het aanwezige drukboogsysteem;3 sterkte van de samengestelde constructie van staalprofiel ensoilmix-materiaal.Materiaaleigenschappen wandVoor de materiaaleigenschappen van het soilmix-materiaal zijnin het handboek relaties gegeven die zijn gerelateerd aan dedruksterkte. Dit betreft de treksterkte, schuifsterkte en afschuif-sterkte tussen staal en soilmix-materiaal. Deze relaties zijngebaseerd op de rekenregels conform Eurocode 2 en 4. Voor deschuifsterkte (en ook voor bovengenoemde elasticiteitsmodu-lus) is een relatie gegeven die hiervan afwijkt. Deze zijn afgeleiduit onderzoek, dat onder andere door het WTCB is uitgevoerd.Voor de staaleigenschappen wordt verwezen naar Eurocode 3.korrel- en waterdruka = overspanning drukboog = hoh profielenevenwicht wordtgeleverd door de naast-gelegen drukboogevenwicht wordtgeleverd door de naast-gelegen drukboogc1of c2dekking profieldbg=diktezbg=pijldrukbooghbg=hoogtetotbuitenkant6a6bSoilmix-wanden krijgen vaste voet aan de grond 4 2016 557 Bepaling M-N-interactiediagramLangdurige ervaring met de duurzaamheid van soilmix-wandenismomenteelnognietvoorhanden.Voorpotenti?leschademechanis-men is in het handboek een overzicht gegeven, op basis vanbestaande inzichten op het gebied van betontechnologie.Tot slotHet is de overtuiging van de begeleidingscommissie dat dithandboek aansluit op de wens van de markt. Het is een degelijk,semiwetenschappelijk onderbouwd en praktisch toepasbaarhandboek, dat draagvlak biedt voor de toepassing van de soilmix-techniekbijhetontwerp,derealisatieenhetbeheervangrondkerende,waterkerende en waterremmende wanden. Het vormt bovendiende basis voor de verdere ontwikkeling en mogelijk nieuwetoepassingsgebieden van deze innoverende en duurzame techniek,die inmiddels haar brede economische toepasbaarheid heeftbewezen. LITERATUUR1 CUR/WTCB Handboek`Soilmix-wanden ? ontwerp en uitvoering', voor-lopige versie februari 2016 zie www.sbrcurnet.nl/soilmixwanden.2 NEN-EN 1994-1-1 Eurocode 4: Ontwerp en berekening van staal-betonconstructies ? Deel 1-1: Algemene regels en regels voorgebouwen, 2011.3 Ganne, P., Huybrechts, N., De Cock, F., Lameire, B., Maertens, prof J.,Soilmix-wanden als kerende constructies ? kritische analyse van deontwerpparameters van het materiaal, Geotechniek, juli 2010.UitvoeringTijdens de uitvoering is het van belang minimaal de beoogdekwaliteit te behalen van de soilmix-wand zoals deze in hetontwerp is meegenomen. De belangrijkste aspecten met betrekkingtot het uitvoeringsproces die invloed hebben op het eindproductvan het soilmix-materiaal zijn:? de aanwezige grond waarin wordt gefreesd;? het toegepaste bindmiddel en de hoeveelheid;? het mixproc?d?, aantal op- en neergaande bewegingen;? ervaring van de uitvoerder;? mengenergie.Na het vervaardigen van de soilmix-wand kunnen stalenprofielen als wapening in de wand worden geplaatst. De profielenmoeten bij voorkeur op eigen gewicht, dus zonder te drukken,worden ingebracht. De bovenzijde van het profiel kan zowelboven als onder werkniveau worden geplaatst. Aandachtspun-ten zijn hierbij de positie en ori?ntatie van de profielen. Deplaatsingstolerantie van profielen bedraagt normalitercirca50mm.Inspecialegevallenwaarbijdestaalprofielennauwkeurigermoeten worden geplaatst (plaatsingstolerantie van circa 25mm), kan er worden gewerkt met een vooraf geplaatst frame.KwaliteitsbeheersingVoor aanvang van de werkzaamheden moet een kwaliteitsplanworden opgesteld waarin het aantal en de frequentie van decontroles gedurende en na de uitvoering zijn vastgelegd. Eenvoorwaarde is dat controle van het uitvoeringsproces en registratievan de uitvoeringsparameters plaatsvindt, onafhankelijk vanhet toepassingsgebied. Dit toepassingsgebied van de wand isw?l van belang bij de bepaling van het type en het aantal benodigdeproeven om de aangenomen karakteristieken (bijv. druksterkte)van de gerealiseerde wand te controleren. Deze controle moetworden uitgevoerd, voordat de wand maximaal wordt belast. Ermoeten monsters worden genomen om de materiaaleigenschappente verifi?ren. Aantal te beproeven monsters, afmetingenmonsters,locatiemonsternameenmogelijktoetepassentechnieken,zijn alle beschreven in het handboek.DuurzaamheidZeker met betrekking tot langetermijntoepassingen van soilmix-wanden, is duurzaamheid van soilmix-materiaal een belangrijkonderwerp. Enerzijds betreft de duurzaamheid alle aspectendie gerelateerd kunnen worden aan de evolutie en/of degradatievan de eigenschappen (sterkte, doorlatendheid of pH) van hetsoilmix-materiaal zelf. Anderzijds betreft het de situatie van deduurzaamheid van soilmix gerealiseerd in verontreinigdegrond. In beide gevallen kan er bovendien een invloed zijn opcorrosie of een verhoogde corrosiesnelheid van het wapeningsstaal.Npl, RdMpl, RdMpl, RdNpm, RdNpm, RdMmax, RdNpl, RdNpm, Rd0,5 Npm, RdNMpl, RdMmax, RdMACDB2fsm, dfydfsdfsm, dfsm, dfsm, dfydfydfydfsdfsdfsdhnhnhnhn2hn2hnABCDBeschikbaarheidDe definitieve, gedrukte uitgave van het handboek`Soilmix-wanden ? ontwerp en uitvoering'wordt verwacht in de zomervan 2016. Kijk voor meer informatie en de bestelmogelijkheid opwww.sbrcurnet.nl.7