Geotextile Encased Columns (GECs)

Samenvatting project

Een nieuwe constructietechniek voor met geotextiel omhulde kolommen (GEC's) omvat een fase van voorbelasten, ontlasten en herbelasten. Het is de verwachting dat deze loodcycli resulteert in een veel stijver gedrag van de GEC's. Dit verbetert de prestaties van een aardebaan op GECs. Het resultaat is een robuuste weg of spoorlijn, met beperkte restzettingen, zonder gebruik van carbon- of energie-intensieve materialen zoals beton of staal.
Dit project kijkt wat het effect is van de belastingscycli op het gedrag van GEC's in natuurlijke slappe grond. Het is belangrijk om het gedrag bij realistische spanningen te bestuderen, omdat het grondgedrag spannings-afhankelijk is. Het onderzoek zal daarom bestaan uit experimenten in de Deltares GeoCentrifuge, en numerieke en analytische analyses.
De resultaten van de centrifugetest en de numerieke analyses zullen dienen voor de validatie van bestaande GECs-ontwerpregels. Indien nodig of nuttig zullen aanvullende regels voor het ontwerp van GEC's worden ontwikkeld.
Het project zal bestaan uit:
A. Ontwerp onderzoeksprogramma;
B. Centrifugeerproeven;
C. Analyse van de experimenten;
D. Analytische en numerieke analyses;
E. Ontwerpregels valideren en, waar nodig of nuttig, aanvullende regels ontwikkelen;
F. Publicaties (minimaal twee in het Engels; één in het Nederlands) en presentaties op internationale congressen.
- In English –
A new construction technique for geotextile-encased columns (GECs) includes a preloading–unloading–reloading phase. It is expected that this loading sequence will result in much stiffer behaviour of the GECs. This enhances the performance of the GECs-embankment. A robust road or railway results, with limited residual settlements, without the use of energy-intensive materials such as concrete or steel.
This project looks at how the load cycles in the new construction technique affect the behaviour of GECs in natural soft soil. It is important to study the behaviour at realistic stress circumstances, as stress affects the soil behaviour directly. Therefore, the research will consist of experiments in the Deltares GeoCentrifuge, and numerical and analytical analyses.
[GECs]
The results of the centrifuge test and the numerical analyses will serve for the validation of existing GECs-design rules. If necessary or useful, additional rules for GECs design will be developed.
The project will consist of:
A. Design research program;
B. Centrifuge tests;
C. Analyses of the experiments;
D. Analytical and numerical analyses;
E. Validating design rules and where necessary or useful, develop additional rules;
F. Publications (at least two in English; one in Dutch) and presentations at international conferences.

Doel van het project

Het doel van dit project is bij te dragen aan het verbeteren van kritische infrastructuur. Hiervoor voeren we onderzoek uit om het gedrag van GECs beter te begrijpen, die zijn gebouwd met de nieuwe bouwtechniek. Het is de verwachting dat de GECs zich na de belastingscycli heel stijf gedragen, vergelijkbaar met ‘normale’ heipalen. Zo ontstaat een robuuste zettings-arme of zettings-vrije constructie die bijdraagt aan de decarbonisatie doelen van Europa.

Motivatie

Het projectvoorstel past bij C3 – Waterrobuust en klimaatbestendig stedelijk gebied.
1. Efficiënt gebruik van grondstoffen. GEC-paalmatrassen bevatten helemaal geen beton of staal. Met de nieuwe belasting – ontlasting – herbelasting – bouwprocedure wordt snel een zettingsarme constructie gebouwd, geheel zónder gebruik van beton of staal.
2. Het gebruik van GECs draagt bij aan decarbonisatie (en reduceert de uitstoot van broeikasgassen) doordat:
- Er minder carbon- en energie-intensieve materialen nodig zijn (beton, cement, staal)
o De GECs worden gevuld met zand, gravel of puingranulaat. Deze materialen worden onbewerkt toegepast, ze blijven in hun huidige staat. Energie-intensieve materialen zijn niet nodig.
o De aardebaanvulling (menggranulaat, grind of zand) blijft schoon. Schoon zand is de best herbruikbare bouwstof die bestaat.
o Er minder transport nodig is (lokaal aanwezige bruikbare grond/zand en gerecyclede grondstoffen voor de geotextielen)
- De GECs werken als waterafvoer (drain), waardoor de omliggende grond blijft consolideren en verbeteren.
- De GECs kunnen worden hergebruikt.
- Zelfs als de geotextielen na lange tijd hun functie verliezen (verlies aan sterkte, of onderworpen aan belastingen groter dan de ontwerpbelasting), dan nog kunnen de resterende zandkolommen verticale en horizontale
draagkracht hebben en blijven functioneren als mega-drain en daarmee de omliggende grond verbeteren.
- De geokunststof wapening van de matras kan worden teruggewonnen en hergebruikt of gerecycled;
3. De paalmatras is door zijn ‘zachte’ opbouw, in combinatie met bijvoorbeeld gewapende grond, geschikt voor natuur-inclusieve ontwerpen met groen.
4. Binnen dit programma wordt de bestaande ontwerptechniek voor GECs geëvalueerd. Indien nodig of nuttig, worden deze ontwerpregels uitgebreid voor deze nieuwe voorbelasting-ontlast-herbelast constructietechniek. Deze uitbreiding van de ontwerpregels wordt beschikbaar gemaakt in een publicatie.
5. De GEC-paalmatras is zeer ongevoelig voor wateroverlast, overstroming en droogte en is bij uitstek bedoeld voor toepassing in bodemdalingsgebieden. Kort na calamiteiten, zoals een overstroming, is de paalmatras weer bruikbaar voor hulpdiensten. De matras blijft in tact, zelfs bij wegspoelen van de ondergrond. De matras wordt feitelijk ontworpen op het ontstaan van een holle ruimte onder de matras.
6. De GEC paalmatras levert zeer robuuste infrastructuur, die ongevoelig is voor slappe grond of bodemdaling.
7. Nederland is al koploper op het gebied van paalmatrassen met geokunststoffen en kan deze kennis verder uitbouwen en daarna exporteren.
Het projectvoorstel past ook bij F1 – Verduurzamen en kostenbeheersing uitvoeringsprojecten waterbeheer
8. Circulair gebruik van grondstoffen (sediment, bouwmaterialen) en bijbehorende verdienmodellen; Het doel van de Rijksoverheid is : in 2050 volledig circulair.
GEC-paalmatrassen passen daar goed bij, omdat de zandkolommen altijd herbruikbaar blijven en de aardebaan en de geokunststof wapening daarin ook eenvoudig terugwinbaar en recyclebaar of herbruikbaar zijn.
9. Door de grote diameter van GECs (60 tot 90 cm) zijn betonnen paaldeksels niet nodig. Het toepassen van GECs betekent daarom een aanmerkelijke besparing in kosten en beton ten opzichte van ‘klassieke’ paalmatrassen.

Locatie

Niet ingevuld

Uitgevoerde acties

Activiteit - Type activiteit - Rol partijen
A. Ontwerpen onderzoeks-programma en ontwerp proefopstelling - Industrieel - Nauwe samenwerking tussen alle partijen.
B. Uitvoeren centrifugeproeven bij Deltares - Industrieel - PhD-er van Huesker / Ruhr-Universität Bochum voert samen met de technische staf, Britt Wittekoek en Cihan Cengiz van Deltares de proeven uit in de GeoCentrifuge van Deltares.
Huesker levert materialen, en financiert samen met Strabag AG en GEOLAB de opstelling.
Strabag AG levert praktische kennis van GEC installatie.
Wetenschappelijke ondersteuning vanuit:
- Huekser: ervaring met ontwerp van GECs
- PhD op het gebied van het verbeteren van aardbevingsbestendiger maken van kleilagen met GECs (Cihan Cengiz, Deltares)
- PhD op paalmatrassen (Suzanne van Eekelen, Deltares)
- MSc onderzoek met experimenteel onderzoek voor geogrid-verankerde damwanden en experimentele ervaring met paalmatras-proeven (DEL096 en DEL149; Britt Wittekoek, Deltares).
- PhD geogrid basal reinforcement (geokunststof wapening onder een aardebaan) tussen twee damwanden (Oliver Detert, Huesker met de PhD bij Diethard König van Ruhr-Universität Bochum)
- Het begeleiden van diverse projecten met geokunststof wapening of verankering (Diethard König, Ruhr-Universität Bochum)
C. Verwerken en analyseren resultaten experimenten bij Deltares - Industrieel - Deltares en Huesker maken een factual report. Analyse: samenwerking Deltares, Ruhr-Universität Bochum, Huesker.
D. Uitvoeren FEM simulaties en parameterstudie. - Industrieel - Dit zal onderdeel zijn van de PhD studie van Viktor Proberezhnyi van Huesker / Ruhr-Universität Bochum, met als wetenschappelijk klankbord de bovengenoemde partijen.
E. Samenvoegen en analyseren resultaten van experimenten en FEM studies. Conclusies opstellen en aanbevelingen voor ontwerp van GECs. - Industrieel - Dit zal onderdeel zijn van de PhD studie van Viktor Proberezhnyi van Huesker / Ruhr-Universität Bochum, met als wetenschappelijk klankbord de bovengenoemde partijen.
H. Alle partners schrijven samen twee proceeding papers (experimenteel, numeriek) en één journal paper. De Nederlandse partners schrijven één Nederlands-talige paper. - Industrieel - Alle partners samen.
De Nederlandse partners hebben in ieder geval de lead in de Nederlands-talige paper.

Verwachtte resultaten

1 - Proefopstelling voor de GeoCentrifuge, inclusief activeringsmechanisme (belasten, ontlasten, herbelasten), een procedure om GECs aan te brengen, voorzieningen om effectief te kunnen meten, en een buigstijve voorziening om het basal reinforcement aan te verankeren. - 2023

2 - Proceedingspaper over de proeven in de GeoCentrifuge bij Deltares, inclusief een presentatie bij een internationale conferentie - 2024 of 2025

3 - Een Nederlandstalige publicatie over de GeoCentrifugeproeven. - 2024

4 - Minimaal één journal- of proceedings paper over de GeoCentrifugeproeven, diens numerieke simulatie en een numerieke parameter studie. - 2024

5 - De meetresultaten komen na de publicaties, maar uiterlijk 2 jaar na de experimenten, beschikbaar in een algemeen toegankelijke database. Hiervoor wordt het Europese platform ‘Zenodo’ gebruikt (zenodo.org).
Zenodo is eenvoudig toegankelijk voor gebruikers, zonder registratie, kent een goede zoekfunctie, en experimentele data wordt er vaker beschikbaar gemaakt. De data blijft onbeperkt lang beschikbaar. - 2025

6 - Onderwijs: de resultaten van het onderzoek worden verwerkt in de internationale cursus paalmatrassen.
Suzanne van Eekelen geef deze 1- of 2- daagse cursus regelmatig in diverse landen, meestal samen met 1 of 2 andere docenten. De laatste tien jaar:
• 2012 PAO in Nederland (ca 20 deelnemers),
• 2014 Berlijn, Duitsland (ca 40 deelnemers),
• 2015 in Rio de Janeiro, Brazilië (ca 95 deelnemers),
• 2017 PAO in Nederland (ca 20 deelnemers),
• 2018 Kuala Lumpur, Maleisië (ca 80 deelnemers),
• 2018 Seoul, Zuid-Korea (ca 50 deelnemers),
• 2019 Cairo, Egypte (ca 40 deelnemers),
• 2021 PAO in Nederland (ca 20 deelnemers)
• 2022 Warsaw, Polen (ca 20 deelnemers)

7 - Op de websites van GEOLAB en LinkedIn zal verslag worden gedaan van het onderzoek - 2023/2024

8 - Deltares zal paalmatrassen op GECs opnemen in haar adviespraktijk. Strabag en Huesker zullen ermee proberen te tenderen in Nederland, Duitsland, Brazilië en andere landen. - 2024-2028

Innovativiteit

Eerder relevant onderzoek: paalmatrassen
Er is de laatste dertig jaar internationaal veel onderzoek gedaan naar gewapende paalmatrassen. TKI-project DEL096 en DEL149 zijn daar voorbeelden van.
In DEL096 is onder andere nog gekeken naar de invloed van water op de paalmatras (klimaatbestendigheid) en in DEL149 wordt gekeken naar de invloed van staal-wapening (in plaats van geokunststof wapening). Door dit onderzoek is het inzicht in het gedrag van paalmatrassen op betonnen funderingspalen gegroeid. Ze worden dan ook steeds meer gebouwd.
Decarbonisatie met GECs
In de huidige tijd van decarbonisatie wordt het echter steeds belangrijker om zoveel mogelijk te besparen op primaire bouwstoffen. Daarmee komen GECs in beeld, want GEC-paalmatrassen bevatten helemaal geen carbon- of energie-intensieve materialen zoals beton of staal. Betonnen palen zijn niet meer nodig, en betonnen paaldeksels ook niet, doordat de GECs een grote diameter hebben. Met GECs kan dus zónder gebruik van beton of staal snel een constructie worden gebouwd, die niet of nauwelijks zal zakken en niet of nauwelijks gevoelig is voor extreem weer. GECs werken bovendien als drain, waardoor de omliggende slappe grond blijft consolideren en verbeteren.
Innovatieve bouwtechniek van GECs: zettingsarm
GECs compacteren echter wel. Dit onderzoek kijkt naar het gedrag tijdens en na een innovatieve bouwtechniek, met belasten – ontlasten – herbelasten. Er is nog geen zicht op het precieze gedrag van GECs tijdens en na deze cyclus van belasting-ontlasting-herbelasting van de GECs, terwijl dit wel essentieel is in het ontwerp van GECs-constructies die gebouwd zijn met deze techniek.
Het is de verwachting dat de GECs zich bij de herbelasting heel stijf gedragen, vergelijkbaar met ‘normale’ heipalen. Zo ontstaat een robuuste zettings-arme of zettings-vrije constructie die sterk bijdraagt aan de decarbonisatie- en klimaatbestendigheids-doelen van Europa.

Valorisatie

Partij - Product - Toepassing en valorisatie
Deltares, Huesker, Ruhr-Universität Bochum, Strabag - 1. Proefopstelling - Uitvoeren van experimenten.

Huesker GmbH, Deltares, Ruhr-Universität Bochum, Strabag - 2. Proceedingspaper en presentatie - Paper en internationale presentatie

Deltares, Huekser BV, Huesker GmbH, Ruhr-Universität Bochum - 3. Nederlandse publicatie - Paper

Huesker GmbH, Deltares, Ruhr-Universität Bochum, Strabag - 4. Proceedings- of journal paper over de centrifugeproeven, de numerieke simulatie en analyse (parameterstudie) - Paper

Deltares, Huesker, Ruhr-Universität Bochum, Strabag - 5. Meetdata online beschikbaar - De meetresultaten komen na de publicaties, maar uiterlijk 2 jaar na de centrifugeproeven, beschikbaar in de algemeen toegankelijke database “Zenodo” (zenodo.org). Alles wat nodig is om de proeven te interpreteren komt beschikbaar:
- Documentatie test set-up
- Test instrumentatie en metingen (drukken, zakkingen, poriedrukken)
- Beschrijving procedures experimenten en tijdspad
- Model meetdata (soortelijk gewicht van model etc).

Deltares - 6. Opnemen in internationale cursus paalmatrassen - Cursus

Deltares - 7. Online informatie beschikbaar maken - Op de websites van GEOLAB en LinkedIn zal verslag worden gedaan van het onderzoek

Deltares, Huesker, Strabag - 8. Toepassen in de praktijk - Deltares zal paalmatrassen op GECs opnemen in haar adviespraktijk. Strabag en Huesker zullen ermee proberen te tenderen in Nederland, Duitsland, Brazilië en andere landen.

Hoe gaan de participanten van het project om met intellectueel eigendom dat voorkomt uit deze projecten?

Welk ‘product’ (zie boven)? - IP bij welke partner(s) - Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt

1. Proefopstelling - Deltares - Papers 2, 3 en 4: papers met beschrijvingen proeven.
2. Proceedingspaper en presentatie proeven Deltares - Deltares - In een proceedings paper met een presentatie bij een internationale conferentie.
3. Nederlandse publicatie - Deltares - In een Nederlandstalig vakblad zoals Geotechniek of Land+Water of CT Civiele Techniek
4. Proceedings- of journal paper over de centrifuge proeven in beide laboratoria, de numerieke simulatie en analyse. - Allen - In een proceedings van een internationale conferentie of een internationaal wetenschappelijk journal.
5. Meetdata online beschikbaar - Deltares, Huekser, Ruhr-Universität Bochum, - Meetdata wordt online beschikbaar gemaakt op het online portal ‘Zenodo’.
6. Opnemen in internationale cursus paalmatrassen - Deltares - Cursus.
7. Online informatie beschikbaar maken - Deltares - Informatie op diverse websites, zoals GEOLAB en LinkedIn.
8. Toepassen in de praktijk - Huesker, Strabag en Deltares - Opnemen in adviespraktijk (Deltares), en in tenders (Huesker en Strabag)
Er zijn geen beperkingen t.a.v. de toegankelijkheid

Op welke wijze wordt de informatie over dit project op eenvoudige wijze voor het algemene publiek kenbaar gemaakt (beschrijving van het onderzoek, deelnemers en de planning en voortgang)?

Nederlandstalige paper in Nederlandstalig vakblad, publicaties op websites in nieuwsberichten, waaronder de TKI website.

Projectvoorwaarden

Het consortium heeft een samenwerkingsovereenkomst gesloten die aan de eisen van de regeling tegemoet komt.

Projecteigenaar en projectleider(s)

Er is geen projecteigenaar aan dit project toegekend.
Er is geen projectleider aan dit project toegekend.

Partners

  • GEOLAB
  • Huesker B.V.
  • Huesker Synthetic GmbH
  • Ruhr-Universität Bochum
  • Stichting Deltares (Delft)
  • Strabag AG
  • TKI Deltatechnologie

Resultaten


Er zijn nog geen resultaten voor dit project.