DEL096 – 1221198 Geokunststoffen in de GWW

Aanleiding van het project

Geokunststof toepassingen in de GWW sector, en in het bijzonder paalmatrassen, zijn duurzaam, geven minder risico’s bij bouwen op slappe grond, dragen bij aan de circulaire economie door vermindering van gebruik en vermeerdering van herbruik van primaire bouwstoffen en zijn kosteneffectief.
Het onderzoek richt zich op drie nieuwe typen paalmatrassen. Internationaal bestaat geen kennis over of ervaring met deze nieuwe paalmatrassen-typen:
Klimaat-robuuste paalmatrassen in deltagebieden
Paalmatrassen kunnen nog niet worden toegepast in situaties waarbij de matras nat wordt door extreme regen, overstroming of een te hoge grondwaterstand. Dit komt doordat de kennis ontbreekt over de invloed van water in een paalmatras. Hierdoor wordt gekozen voor niet-duurzame en onnodig dure oplossingen zoals betonnen platen. Dit onderzoek sluit aan bij SDG 13 klimaatverandering en SDG 9 (bodemdaling, zeespiegelstijging) van de VN.
Paalmatrassen in hoge-snelheid-spoorwegen
De kritieke snelheid van treinen op slappe ondergrond is laag. De maximale snelheid van treinen is 60% van de kritieke snelheid. Dit is vooral een probleem voor gebieden met veel veen of organische klei binnen Nederland, waar behoefte is aan upgrade voor meer en sneller treinverkeer. Maar ook buiten Nederland, waar op grote bouwopgave voor nieuwe lange hoge-snelheidslijnen.
Het onderzoek zal zich richten op kritieke snelheden van spoorlijnen op paalmatrassen in zulke slappe gebieden. Dit onderdeel sluit goed aan bij SDG 9 (industry, innovation, and infrastructure) van de VN.
Aardbevingsbestendige paalmatrassen
Er is nog geen enkele kennis over de aardbevingsbestendigheid van paalmatrassen. Dit is een kansrijk onderdeel omdat het niet voor niets is dat Japan het gebruik van geokunststof wapening in spoorbanen verplicht heeft gesteld vanwege de goede prestaties van de geokunststof bij aardbevingen. Aardbevingsbestendige paalmatrassen zijn interessant in Noord-Nederland en andere aardbevingsregio’s.

Doel van het project

Het genereren van inzicht in en kennis over het gedrag van de drie nieuwe typen paalmatrassen. Op basis van deze nieuwe kennis: het ontwikkelen van ontwerp-procedures voor deze drie paalmatras-typen.
De volgende kennis wordt specifiek ontwikkeld:
 Inzicht in de werking van een paalmatras bij extreme regen, droogte, overstroming of een te hoge grondwaterstand;
 vaststellen en analyseren van de kritieke treinsnelheid van een paalmatras op slappe bodem;
 vaststellen van de werking van een paalmatras onder seismische belasting;
Bij ieder van de drie nieuwe typen paalmatrassen wordt vervolgens een ontwerp-procedure ontwikkeld.
Dit onderzoek sluit perfect aan op de accenten die de KIC legt ten aanzien van bodemdaling, zetting, innovaties en enabling technologies rond klimaat-adaptief bouwen, circulaire economie door het hergebruik van grondstoffen en reduceren van primaire bouwstoffen, het mitigeren van natuurrampen en overstromingen en het stimuleren van mobiliteit.

Omschrijving van de activiteiten

2018
 Maken plannen en afspraken
 Voorbereiden veldmetingen Rotonde de Wetering
2019
 Maken monitoringsplan en aanbrengen meet instrumenten in de Rotonde de Weteringen in de N210 bij Bergambacht
 Mobilisatie test-setup voor proeven Deltares
 Materiaalonderzoek nat/droog granulaat
 Ontwerp en installatie veldproef Korea
 Start numerieke studie, waaronder invloed stijfheid ondergrond en kritieke snelheden van spoorwegen op slappe grond
2020
 Afronden experimenten Deltares
 Analyse resultaten experimenten Deltares
 Pull-out tests Korea
 Voortzetten meten in Rotonde de Wetering
 Analyse en publicatie metingen Rotonde de Wetering
 Afronden veldproef Korea
 Vervolg numerieke studie Korea, oa kritische snelheid treinen en aardbevingen
 Start opstellen ontwerp-procedures voor de drie paalmatras-typen
 Twee publicaties in NL vakbladen
2021
 Afronden opstellen ontwerp-procedures voor de drie paalmatras-typen
 Internationale publicaties over experimenten Deltares, veldproef Korea, numerieke analyses, ontwerp-procedures.
 Afronden en indienen publicaties

Samenwerking:
 Periodiek (vijf keer per jaar) online overleg Deltares / Kyung Hee en indien nodig ook TenCate
 Planvorming en startoverleg proevenserie Deltares met minimaal Deltares en TenCate
 Planvorming en startoverleg veldproef Korea met minimaal Kyung Hee en Deltares
 Toezicht / afspraken / meten geometrie met aannemer bij Veldmonitoring: TenCate
 Leveren materialen en bijdrage planvorming/discussie/analyse voor Deltares proeven: TenCate
 Aanleveren data over praktijkprojecten: TenCate
 Analyse resultaten, opstellen ontwerp-procedures en schrijven van publicaties: samenwerking TenCate / Deltares / Kyung Hee

Verwachte resultaten

Volgnummer
Wat (publicaties: de aangegeven datum is het moment van indienen van het eerste concept)
Wanneer (jaar)
1
Publicatie over veldmetingen Rotonde de Wetering: invloed extreem weer, hoge grondwaterspiegel en geokunststof typen
2019 + 2020
2
Publicatie over experimenten Deltares, inclusief klimaat-bestendigheid paalmatrassen
2020
3
Publicatie over klimaat-robuuste paalmatras, inclusief ontwerp-procedure
2021
4
Publicatie over veldproef Korea
2020
5
Publicatie over numeriek onderzoek (ondergrond, interactie, aardbevingen)
2019/2020
6
Publicatie over kritieke snelheid spoorwegen op paalmatrassen
2021
7
Publicatie over het gehele project
2021

Innovativiteit

Een paalmatras is een duurzame, snelle, veilige en kosteneffectieve methode om infrastructuur te bouwen in gebieden met een slappe bodem. Het innovatieve gehalte van dit onderzoek zit in de nieuwe paalmatras-typen:
Paalmatrassen worden nog nergens in de wereld onder grondwater aangelegd, en er bestaat bovendien geen kennis over de klimaat-robuustheid van een paalmatras. Hierdoor dreigen minder duurzame oplossingen de overhand te krijgen. Dit onderzoek ontwikkelt klimaat-robuuste paalmatrassen: bestand tegen extreem weer en onder-grondwater aanleggen in lage gebieden met een zakkende bodem.
Paalmatrassen onder hoge-snelheidslijnen is nieuw. Er is nog niets bekend over de kritische snelheid van een paalmatras. We hopen dat de kritische snelheid van een trein op slappe grond enorm toeneemt door het bouwen van een paalmatras.
Paalmatrassen worden nog niet aangelegd in aardbevingsgebieden. Dit onderzoek zal een aanzet geven op weg naar aardbevings-bestendige paalmatrassen.

Valorisatie

Zeker drie relevante toepassingen van deze uitbreidingen:
– Klimaat-robuuste paalmatrassen
Klimaat-robuuste paalmatrassen worden ontwikkeld en er wordt een ontwerp-procedure opgesteld voor paalmatrassen die bestand zijn tegen extreme regen of een hoge grondwaterstand. Hierdoor kunnen we klimaat-robuuste paalmatrassen gaan bouwen op plaatsen waar andere bouwmethoden meer risico geven, niet of nauwelijks haalbaar, minder duurzaam of flexibel zijn.

– paalmatrassen in laaggelegen gebieden
Een laaggelegen weg in een laaggelegen land geeft voordelen door een betere landschappelijke inpassing en een betere aansluiting op bestaande infrastructuur. Daarom willen laaggelegen provincies met samendrukbare bodem graag laag-gelegen paalmatrassen. Dat betekent dat de grondwaterstand relatief hoog staat. Een ontwerpmethode waarin de invloed van water is meegenomen maakt deze laaggelegen paalmatrassen mogelijk.
– paalmatrassen in hoge snelheidslijnen
De kritische snelheid van treinen in slappe gebieden is laag, in veengebieden zelfs zeer laag. Een trein mag niet sneller dan 60% van de kritische snelheid. Dit betekent dat ProRail in veel gebieden een snelheidsbegrenzing moet voorschrijven. Ook in andere landen, zoals Zuid-Korea, speelt deze kritische snelheid een belangrijke rol. Met de aanleg van een paalmatras kan de kritische snelheid in een veengebied snel en eenvoudig enorm worden vergroot. De resultaten van deze studie maken het mogelijk om dit te kwantificeren en te kiezen voor een paalmatras voor een hoge(re)-snelheidslijn.
– aardbevings-bestendige paalmatrassen
Er is nog niets bekend over de aardbevings-bestendigheid van een paalmatras. Dit project geeft een aanzet tot een kwantificering en ontwerp-procedure voor een aardbevingsbestendige paalmatras.

Link naar projectresultaten…