Deltares geotechnisch laboratorium

Hiermee vormt onze data niet alleen de link tussen veldstudies en computermodellen, maar draagt ook bij aan het toegepast onderzoek naar grondgedrag. De validatie van computermodellen aan de hand van de resultaten van laboratoriumonderzoek begint daarnaast een steeds belangrijker doel van de experimenten te worden.

Met een oog op de toekomst en de uitdagingen van veranderende condities, zoals die veroorzaakt door klimaatverandering, ondersteunt het laboratoriumonderzoek het streven van Deltares in het bieden van innovatieve oplossingen die afgestemd zijn op de evoluerende behoeften van de samenleving.

Neem een kijkje in ons lab:

Onze onderzoeksmogelijkheden

Enkele voorbeelden van onze onderzoeksmogelijkheden zijn:

• Classificatie (grondbeschrijving, korrelgrootte distributie, gloeiverlies, dichtheid, e_min & e_max, watergehalte, etc.)
• Direct (simple) shear proeven, zowel statisch als cyclisch
• Triaxiaal proeven, zowel statisch als cyclisch
• Bender element proeven
• Oedometer, CRS & K₀-CRS
• Doorlatendheid (constant head & falling head)
• Pressure plate extractor
• HyProp
• Roto-erosie (ontworpen om de erosie van grond te analyseren)

Gespecialiseerde niet-standaard testmogelijkheden

Voorbeelden van gespecialiseerde niet-standaard testmogelijkheden zijn:

• Grote schaal testen: LDSS, grote triaxiaalproef, grote samendrukkingsproef
• Temperatuur gecontroleerde triaxiaal proeven
• Onverzadigde triaxiaal proeven

Veel laboratoriumapparatuur kunnen we op een flexibele wijze inzetten. De meeste apparaten kunnen we bijvoorbeeld uitrusten met (kracht-)sensoren met verschillende bereiken, van extreem gevoelig met een klein bereik tot minder gevoelig met een groot bereik. Ook kunnen we bijvoorbeeld de triaxiaal apparatuur uitrusten met lokale rekopnemers, waarmee we de vervormingen direct op het proefstuk kunnen meten, of met bender elementen voor onderzoek naar het dynamisch gedrag van grond.

Vrijwel alle proeven werken we uit met zelf ontwikkelde programmatuur gekoppeld aan een database waarmee we de integriteit van data en de verwerking daarvan waarborgen. Voor aanpassingen van proeven, de ontwikkeling van nieuwe proeven of speciale wensen van opdrachtgevers kunnen we desgewenst bestaande programmatuur aanpassen of nieuwe programmatuur ontwikkelen.

Praktische toepassingen

De praktische toepassingen van ons onderzoek zijn aanzienlijk en invloedrijk. Hier volgen enkele voorbeelden van onze specialismen en gerelateerde projecten die in ons laboratorium zijn uitgevoerd.

Bodem-structuur interactie

Geotechnisch grondonderzoek kan helpen bij het opzetten van numerieke modellen en simuleren van de interactie tussen grond en grond-constructies voor het voorspellen van de prestaties van constructies onder verschillende belastings- en omgevingsomstandigheden. Recente voorbeelden van projecten waarin Deltares dit onderzoek ondersteunt zijn:

• Het uitvoeren van proeven op cohesief material onder treinsporen om het effect van zwaarder en frequenter treinverkeer op de stabiliteit van spoordijken in kaart te brengen.
• Door meer inzicht te krijgen in de verbinding tussen grond en ondergrondse infrastructuur kunnen leidingen en kabels optimaal van de beschikbare ruimte in de ondergrond gebruikmaken. Om deze interactie tussen grond met de coating van leidingen te onderzoeken worden in het geotechnisch laboratorium van Deltares directe schuifproeven uitgevoerd waarbij de grond over de coating van de leiding schuift. Op basis van deze resultaten kan het oppervlak van leidingen en kabels worden geoptimaliseerd, zodat de verbinding met de omringende grond wordt verbeterd.

Offshore windenergie

Offshore constructies, zoals windturbines, zijn afhankelijk van funderingen voor structurele integriteit. Het begrijpen en karakteriseren van de interactie tussen de bodem en de constructie is essentieel bij het optimaliseren van het funderingsontwerp. Geavanceerd grondonderzoek levert essentiële informatie op om de eigenschappen van de grond te karakteriseren, bijvoorbeeld stijfheid en dynamisch grondgedrag.

Het Deltares geotechnisch laboratorium biedt een breed scala aan geavanceerde testmogelijkheden om deze cruciale grondeigenschappen vast te stellen en te onderzoeken. Deltares ondersteunt hiermee verschillende offshore windprojecten. Recente voorbeelden zijn:

• Cyclische grondtesten en de constructie van cyclische contourdiagrammen voor numerieke modellen en cyclische monopile – klei interactie: Monopile Improved Design through Advanced cyclic Soil modelling in clay (MIDASclay).
• Karakterisering van technische eigenschappen van offshore bodems en bepalen van bodemparameters voor een stillere installatie van offshore monopiles: Silent Installation of MonoPiLEs III (SIMPLE III).
• Gedrag van zand bij verschillende belasting condities, stress paden en dichtheden voor kalibratie van constitutieve modellen die het cyclisch gedrag van monopiles in zand beoordelen: Monopile Improved Design through Advanced cyclic Soil modelling (MIDAS).
• Staalplaat-bodem interface proeven om de trekkracht die is waargenomen in veldproeven met paalbelasting terug te rekenen: Tubular Pile Pull-out Testing Program II (TPPT-II).
• Testen van glauconiet houdend zand om het materiaalgedrag te karakteriseren voor de installatie van offshore monopiles.

Dijken en waterkeringen

De stabiliteit van dijken wordt aanzienlijk beïnvloed door de reactie van het grondwater in de ondergrond op het waterniveau aan de voorkant van de dijk. Dankzij klimaatverandering worden fluctuerende omstandigheden van extreme natte en droge condities steeds gebruikelijker. Dit heeft gevolgen voor het grondwater. Om deze reden zijn er momenteel verschillende ontwikkelingen gaande om dit effect te kunnen onderzoeken.

Een van deze ontwikkelingen is het onderzoeken van het effect van zuigspanning op de sterkte van onverzadigde grond, uitgevoerd met behulp van een speciaal aangepast triaxiaal apparaat. Binnen dijken is er een zone waarin het verzadigingsniveau, en daarmee ook de zuigspanning, varieert. In deze zone hangt de gedraineerde schuifsterkte af van deze parameters, welke hierdoor dus ook aanzienlijk fluctueert. Vanaf een bepaalde drempelwaarde in de mate van verzadiging gedraagt de grond zich ongedraineerd.

Schuifkracht

Voor het aanleggen van dijken wordt doorgaans sterk geconsolideerd materiaal gebruikt, vaak bestaande uit siltige of zandige klei. Dit materiaal laat in conventionele ongedraineerde triaxiale compressie testen een hoge ongedraineerde schuifkracht zien. Dit leidde tot de vraag of deze schuifsterkten geactiveerd zullen worden tijden een mogelijke instabiliteit van de helling van een dijk. Om dit te onderzoeken hebben we een serie van non-standaard triaxiaal testen ontwikkeld die een verscheidenheid van verschillende stresspaden volgen tijdens ongedraineerde afschuiving, waarbij verschillende combinaties van horizontale en verticale spanningen worden toegepast op de monsters. De resultaten laten zien dat gedurende het ongedraineerd afschuiven, de schuifsterkte onafhankelijk is van het toegepaste stresspad, maar de reactie van de poriëndruk varieert wel.

Gebiedseigengrond voor dijkversterking

Vanwege de gunstige invloed op de CO2-uitstoot neemt de interesse in het gebruik van gebiedseigengrond voor het aanleggen van dijken toe. Onderzoek heeft onder anderen uitgewezen dat de klassieke beoordeling van erosiegevoeligheid van de grond niet meer voldoet. De invloed van (klei)mineralogie en zuigspanning speelt hier een belangrijke rol. Voor dit onderzoeken ontwikkelen we op dit moment een nieuw roto-erosieapparaat, waarmee we niet alleen nauwkeuriger het erosieproces kunnen vastleggen, maar ook de ontwikkelingen van de zuigspanningen tijdens dit proces.

Bodemdaling

Bodemdaling, vooral in veenweides, draagt bij aan de uitstoot van broeikasgassen in Nederland. In ons lab richten we ons daarom op lange termijn zettingen van veen dankzij fysieke processen zoals kruip. In het NOBV onderzoek kwantificeren we de uitstoot van broeikasgassen uit veenweidegebieden.

Een ander onderwerp dat verband houdt met bodemdaling is het krimp/zwelgedrag van klei. Door klimaatverandering komen zowel extreem droge als extreem natte omstandigheden steeds vaker voor. Dit leidt tot meer fluctuerende grondwaterstanden en daardoor verschillen in zuigspanningen. Dit, in combinatie met (klei)mineralogie, kan leiden tot krimp en zwelling van de bodem, wat aanzienlijke schade aan gebouwen en infrastructuur kan veroorzaken.