Invloed van grondwater op opwaartse kracht bouwkuip



  • Voor ons Profielwerkstuk hebben we het onderwerp tunnelbouw gekozen. Om iets speficieker te zijn, willen wij graag onderzoeken: Wat is het gevolg van de opwaartse kracht van het grondwater tijdens de verschillende bouwfases van een metrosysteem en hoe kan je deze neutraliseren?

    Bij deze hoofdvraag willen wij graag een experiment (deelvraag) uitvoeren, waarbij we het verband tussen de hoevelheid grondwater, de grondsoort en de massa in de bouwput (de daadwerkelijke bouwfase!) onderzoeken.
    Nu zouden wij graag van jullie hulp willen bij het maken van een realistisch schaalmodel waarin we deze proef het nauwkeurigst kunnen uitvoeren.

    Alvast bedankt,

    Jorrit Molendijk en Martijn Warnaar
    klas 6 College Hageveld



  • beste heren,

    dat is een erg interessant onderzoek. Er is zeker een goed practicum bij te bedenken om te doen. Allereerst de basis van verschillende grondlagen. Je mag ervan uit gaan dat klei waterdicht is en zand water doorlaat. Voor de eenvoud zou ik deze twee grondstoffen gebruiken en andere grondstoffen zoals combinatie van die twee en leem even buiten beschouwing laten.

    Als je nu een behoorlijke bak hebt, met een zandlaag en daarbovenop een kleilaag. Als je dan een koker die waterdicht is over een deel van de kleilaag en de zandlaag eronder duwt. Dan kan je in het midden de kleilaag langzaam weghalen. Op een bepaald moment zal je zien dat de klei gaat barsten door druk van onder en je koker (je kan dit zien als een bouwkuip op schaal met damwanden) vol zal lopen met water.

    Dit is hoe het principe van opbarsten werkt. Kunnen jullie hier iets mee? Mocht er iets niet helemaal duidelijk zijn of als jullie meer hierover willen weten, kan ik jullie altijd helpen.

    met vriendelijke groet,
    Joost



  • beste Jorrit en Martijn,

    als je de wet van archimedes toepast, kan je ten alle tijden de druk berekenen op jouw bouwkuip. Er treden aan de zijkant krachten op de bouwkuip van de gronddruk en aan de onderkant van de opwaartse waterdruk.

    Over jullie experiment.
    Het idee om elke keer 1 variabele apart te houden is sowieso goed. Dan kun je inderdaad kijken naar het effect van die ene variabele. Wel zit ik een beetje te kijken, naar de opzet van het experiment. In het algemeen wil je dat je bouwkuip aan de onderkant waterdicht is toch? Wat inhoudt dat je vaak of een kleilaag daar hebt zitten of een waterdichte betonlaag daarop aanpast. Vervolgens maak je die laag zo dik, dat de neerwaartse kracht van het beton groter is dan de opwaartse kracht van het water (anders zou het beton kunnen opdrijven, wat inhoudt dat het omhoog komt in z'n geheel, klei zou kunnen opbarsten als je er te weinig gewicht op zet).

    De kracht met een newton meter meten lijkt me niet te doen. Dan moet je denk ik een heel ingewikkelde constructie bedenken. Ik zou deze bepalen met de wet van archimedes. Dan heb je een 0-meting. x meter waterkolom levert een opwaartse kracht van +/- x10 kN, precies is het 9,81x. Ga zelf maar na.

    Ik zou dus even kijken naar de variabelen. Want ik kan je nu al voorspellen dat de grondlaag niet zo gek veel uitmaakt, ten zij je door de klei een grotere opwaartse waterdruk krijgt.... (het is namelijk alleen het water wat een opwaartse druk geeft) En dat je dus een gewicht in de bouwkuip moet hebben die geleidelijk verdeeld is over het gehele oppervlakte, zodat nergens de opwaartse kracht groter is. Water in de kuip kan wel, maar is vaak van tijdelijke aard, zodra je er in wilt gaan bouwen heb je vaak geen water meer, maar het kan absoluut een tijdelijke oplossing zijn die nuttig is.
    Verder denk ik dat dit typisch een experiment is wat je prima thuis kan uitvoeren. Alleen een grote waterbak heb je nodig en wat cilinders of holle rechthoekige cilinders die dan je bouwkuip nabootsen. Eventueel kan je het al in een emmer doen, of met een zeil een badje maken. Op de TU hebben we niet heel veel mogelijkheden voor dit soort onderzoeken, aangezien het materiaal dat gebruikt wordt voor onderzoek, vaak al in gebruik is. Gaat dat lukken denken jullie?

    Verder over deelvraag 3, krachten neutraliseren, doe je alleen door water weg te pompen en ik zou neerzetten dat de netto kracht 0 wordt, dus een tegenkracht realiseren. Ditzelfde geldt voor vraag 5.

    ik hoop dat jullie er iets aan hebben. Heel veel succes en je kan mij altijd nog wat vragen stellen indien nodig.

    met vriendelijke groet,
    Joost



  • Beste Joost,

    Harstikke bedankt voor jou snelle reactie.

    Zelf hadden we bedacht om in zo'n zelfde bak met water + grondsoort een ander experiment te doen. We zouden dan verschillende variabelen nemen: - hoeveelheid water (hoogte grondwaterstand), - verschillende ondergrond (te beperken tot zand en klei en geen mensels hiervan (ivm met jou antwoord)en - het gewicht in de bouwput (te vergelijken met het effect van het doorlopen van verschillende bouwfases bij het maken van zo'n tunnel. Van deze variabelen dachten wij er dan telkens een te isoleren en vervolgens de resulterende opwaartse kracht te meten (met newtonmeter).

    Nu vragen wij ons af, hoe we het beste de grondsoort kunnen nabootsen en de opwaartse kracht kunnen meten (nauwkeurige newtonmeter?)?

    Zou een dergelijk experiment op de TU kunnen worden uitgevoerd?

    Alvast bedankt,

    Vriendelijke groeten,

    Jorrit en Martijn

    ps: bijgevoegd een bijlage die mogelijk een beter idee geeft van de opzet van ons PWS (wanneer jij een interresanter/nauwkeuriger experiment weet, waarmee we bij jullie terecht kunnen, zouden we dat natuurlijk erg waarderen.


Aanmelden om te reageren
 

Het lijkt erop dat je verbinding naar Forum verloren is gegaan, wacht even terwijl we de verbinding proberen te herstellen.