Grond-constructie-interactie – De invloed van grondinbedding op de sterkte van damwandprofiel AZ18-800

Veel van de stalen damwandconstructies die als beschoeiingen langs vaarwegen of als onderdeel van natte kunstwerken geplaatst zijn in de jaren 50, 60 en 70 van de vorige eeuw, zijn door de jaren heen aangetast door corrosie. Door deze corrosie neemt de effectieve wanddikte van de stalen damwandconstructies af, evenals de diameter van de ankerstangen. Hoeveel deze afname bedraagt is onzeker. Die onzekerheid neemt toe in de tijd en heeft natuurlijk impact op de geschatte restlevensduur van de damwandconstructie. Een extra complicerende factor is dat er geen betrouwbare modellen zijn voor het bepalen van het effect van corrosie op de reststerkte van onderdelen.

Geen inzicht
Met een afname van de effectieve wanddikte worden de damwandplanken knikgevoeliger. We verwachten dat de inbedding van dunwandige damwandplanken (Eurocode 3 klasse 4) in omringende grond, de planken minder knikgevoelig zal maken. We hebben daar op dit moment echter geen inzicht in. Dit aspect wordt in het ontwerp en in de beoordeling van de constructieve veiligheid van de damwandconstructies dan ook volledig verwaarloosd.

Geavanceerde berekeningen
Om hier wel inzicht in te krijgen onderzochten we in de periode 2018-2021 met geavanceerde EEM-berekeningen (Eindige Elementen Methoden) en in verschillende fasen, in welke mate de grondinbedding lokale knikeffecten onderdrukt. Hierbij gebruikten we de EEM-pakketten PLAXIS (bedoeld voor geotechnische analyses) en Abaqus (bedoeld voor constructieve analyses).

• In 2018 hebben we het effect van grondinbedding op de knikweerstand eerst bij een eenvoudig plaatelement en met verschillende grondsoorten verkend. De resultaten suggereerden een positieve invloed bij een inbedding in stijve klei en los zand.

• In 2019 onderzochten we het knikgedrag van een echt dunwandig damwandprofiel PAU2440. We simuleerden op dit profiel een zogenoemde 4-punts-buigproef zonder en met grondinbedding. De proef set-up zónder grondinbedding is gangbaar in het vaststellen van de sterkte van stalen (damwand)profielen. Het meenemen van de grondomhulling in deze set-up maakt deze analyses bijzonder. Uit het onderzoek bleek dat PLAXIS het constructieve gedrag tot aan het optreden van lokale knik redelijk kan simuleren.

• In 2019 zijn we vervolgens een verdiepend onderzoek gestart samen met ArcelorMittal. Hierin zijn we nagegaan in welke mate de omringende grond eraan bijdraagt dat een recenter beschikbaar gekomen dunwandig damwandprofiel, AZ18-800, minder snel zal knikken. Wederom in een 4-punts-buigproef set-up en zowel zonder als met grondomhulling. Uit dit onderzoek komt naar voren dat bij de maatgevende knikvorm van het AZ18-800 profiel zónder grondinbedding relatief grote verplaatsingen van de damwandplanken optreden. Dit suggereert dat de grond een grote invloed kan hebben in het onderdrukken van deze verplaatsingen.

Deze onderzoeken laten zien dat, met geavanceerde analyses van een damwandconstructie, het in een ontwerp of beoordeling aannemelijk kan worden gemaakt dat er door grondinbedding een zekere hoeveelheid extra sterkte aanwezig is voor klasse 4 knikgevoelige damwandprofielen. Mits de grondcondities niet te slap zijn. Of het de moeite waard is deze extra sterkte verder te onderzoeken, hangt erg af van de situatie.

Ondersteuning vanuit Topsector Water & Maritiem
De verkennende onderzoeken in 2018 en 2019 en het onderzoek samen met ArcelorMittal zijn mede mogelijk gemaakt door de bijdrage vanuit het Topconsortium Kennis en Innovatie (TKI) Deltatechnologie, Topsector Water & Maritiem, via het project DEL050 ‘Natte Kunstwerken van de Toekomst’ (2016-2021). Meer informatie staat op www.tkideltatechnologie.nl.

Meer lezen?
Wilt u meer lezen over het onderzoek dat we samen met ArcelorMittal hebben gedaan? Download hieronder de volledige kennisbijdrage met de samenvatting en de rapportage.

De verkennende onderzoeken uit 2018 en 2019 zijn niet openbaar via deze website toegankelijk. Als u geïnteresseerd bent in deze onderzoeksrapporten, dan nodigen wij u uit dat via de Contactpagina aan ons kenbaar te maken.