A 2500 Mechanische eigenschappen van de grond op basis van proeven in het veld

De omvang van het sondeeronderzoek is mede afhankelijk van de geotechnische categorie van het bouwwerk, de bodemgesteldheid en de aard van de fundering. Voor nadere gegevens zie A 1320.

Classificatie grondsoorten op basis van de conusweerstand
Met behulp van sonderingen wordt de conusweerstand q_c van de ondergrond gemeten. De conusweerstand is als het ware de indringweerstand van een conus met een oppervlak van 500 à 2000 mm². Daarnaast is het mogelijk om met behulp van een mantelconus de plaatselijke wrijving f_s te meten. Het wrijvingsgetal is de verhouding van de plaatselijke wrijving en de conusweerstand op een bepaalde diepte, uitgedrukt in procenten, dus:

wrijvingsgetal = 100 · f_s/q_c

Het wrijvingsgetal is over het algemeen karakteristiek voor een grondsoort: als het wrijvingsgetal bekend is, kan dus over het algemeen de grondsoort worden geclassificeerd. Afhankelijk van de gebruikte conus (mechanisch dan wel elektrisch) kan met behulp van de figuren A 25-1 en A 25-2 de grondsoort worden geclassificeerd. Er is een duidelijk verschil in de conusweerstand en de wrijving, en dus in het wrijvingsgetal, als er boven de grondwaterstand en/of in geroerde grond wordt gemeten. Voornoemde interpretatiegrafieken zijn dan niet geldig.

Figuur A 25-1
Grondsoortclassificatie met behulp van de elektrische conus (CUR 162)

De piëzoconussonderingen geven een goede aanvulling op de classificatie met de grafieken van figuur A 25-1 en A 25-2. Aan de hand van een piëzoconussondering kan een goede indruk worden verkregen van de gelaagdheid van de ondergrond, met name indien goed doorlatende en minder goed doorlatende lagen elkaar afwisselen (spekkoekstructuur).

Sondeernorm NEN-EN-ISO 22476-1 en -12
Voor mechanische sonderingen geldt NEN-EN-ISO 22476-12, voor elektrische sonderingen NEN-EN-ISO 22476-1. De laatstgenoemde norm gaat uit van vier kwaliteitsklassen. Voorafgaand aan de uitvoering dient de klasse gekozen te worden waarbinnen het werk moet worden uitgevoerd. De klasse-indeling heeft voornamelijk betrekking op de nauwkeurigheid van de gemeten conusweerstand, plaatselijke wrijvingsweerstand en diepte, zoals blijkt uit de tabel in figuur A 25-3.

Figuur A 25-3
Samenvatting van de klasse-indeling in NEN-EN-ISO 22476-1

Ook de eisen met betrekking tot uitvoering en registratie van sonderingen verschillen per klasse. Bijvoorbeeld, de presentatie van sondeergegevens voor klassen 1 en 2 omvat naast een grafiek een sondeertabel met numerieke waarden van onder andere de conusweerstand en de tijd. De sondeertabel maakt een nauwkeurige beoordeling van de sondeergegevens mogelijk.

De kwaliteitseisen van de verschillende klassen komen tot uiting in de prijs van de sondering. Een juiste keuze van de sondeerklasse is dus niet alleen belangrijk voor het verkrijgen van de gewenste meetnauwkeurigheid maar ook voor de kosten van het grondonderzoek.

Voor de hoogste klasse (klasse 1) zijn aanpassingen aan de apparatuur en nauwkeurige systeemkalibraties nodig, hetgeen kostenverhogend werkt. De opdrachtgever dient zich te realiseren dat de kosten van sonderingen volgens klasse 1 kunnen oplopen tot het dubbele van sonderingen uitgevoerd in klasse 2, mede afhankelijk van de bodemgesteldheid. Het is in slappe grondlagen namelijk extra moeilijk om aan de hogere eisen te voldoen. De kosten van sonderingen in klassen 3 en 4 kunnen afnemen tot ruwweg 75% van die in klasse 2.

In figuur A 25-4 is een mogelijke indeling van de sondeerklassen en toepassingen gegeven. Deze tabel is niet opgenomen in de norm, maar is een realistische, door deskundigen opgestelde invulling. In de tabel is tevens aangegeven voor welke geotechnische categorie (GC1, GC2 of GC3, zie paragraaf 0450) de verschillende sondeerklassen kunnen worden ingezet.

In de tabellen is zichtbaar dat het zogenaamde 'onderscheidend vermogen' van de sonderingen toeneemt naarmate de nauwkeurigheid hoger is. Op basis van sondeerresultaten volgens klassen 3 of 4 is het goed mogelijk om onderscheid te maken tussen zand enerzijds en cohesieve grondsoorten zoals klei of veen anderzijds. Voor circa 70 à 80% van het huidige toepassingsgebied binnen Nederland zijn de klassen 3 en 4 geschikt en alleen voor meer specialistische studies/projecten is een hogere nauwkeurigheidsklasse vereist.

In de rapportage van het sondeeronderzoek dient de klasse vermeld te zijn waarin de sonderingen zijn uitgevoerd.

Figuur A 25-4
Specifieke toepassingen voor de sondeerklassen in NEN-EN-ISO 22476-1

Het is in het belang van opdrachtgever en sondeerbedrijf de klasse-indeling strikt te hanteren.

Invloed ontgraving op conusweerstand
Bij een ontgraving vindt een ontlasting plaats van de resterende bodemlagen. Dit betekent dat voor het ontwerp van een paalfundering onder een kelder of ter plaatse van andersoortige ondergrondse werken rekening moet worden gehouden met de aangepaste spanningssituatie van de ondergrond. Indien het sondeeronderzoek is uitgevoerd alvorens te ontgraven, moet bij de berekening van de draagkracht van palen de gemeten conusweerstand eerst worden gereduceerd.

Er bestaan verschillende methoden voor het berekenen van de reductie van de conusweerstand door een ontgraving. Deze kunnen leiden tot aanzienlijke verschillen in uitkomsten. Indien het ontgravingseffect een wezenlijke rol speelt bij het ontwerp van een fundering, kan het dan ook nuttig zijn sonderingen uit te voeren na de ontgravingen en eventueel zelfs na het heien. Dit is ook in NEN 9997-1 voorzien.

De conusweerstand wordt in hoofdzaak bepaald door de heersende horizontale korrelspanning. Bij de ontlasting van de ondergrond, zoals bij een ontgraving, wordt de verticale korrelspanning nagenoeg evenredig gereduceerd, terwijl de horizontale korrelspanning zich in mindere mate aan de nieuwe situatie aanpast. Een en ander is afhankelijk van onder meer de beschouwde diepte, verdichtingsverschijnselen en trillingsinvloeden.

Overeenkomstig NEN 9997-1 art. 7.6.2.3 kan het effect van een ontgraving op de gemeten sondeerwaarden als volgt worden vastgesteld:

Hierin is:

Met behulp van een pressiometerproef kunnen op basis van semi-empirische formules waarden voor de horizontale vervormingsmodulus, de horizontale korrelspanning en de sterkte-eigenschappen worden bepaald. In een boorgat wordt daarbij de relatie vastgesteld tussen de volumerek en de pressiometerdruk, waaruit een elasticiteitsmodulus volgens Menard (E_m) kan worden bepaald. Uit de E_m-waarde kan vervolgens de elasticiteitsmodulus van grond worden bepaald volgens:

E_m = E · α_r

Hierin is α_r de rheologische coëfficiënt; voor normaal geconsolideerde gronden kan voor klei hiervoor een waarde van 0,67 worden aangehouden, voor silt 0,50, voor zand 0,33 en voor zand en grind 0,25. In geval van overgeconsolideerde gronden is α_r 30 tot 50% groter.

Uit de E_m-waarde kan voorts de horizontale beddingsconstante k_h worden bepaald (lit. 22); deze is van belang voor horizontaal belaste palen.

In figuur A 25-5 is een indicatie gegeven van met behulp van de SPT-sampler verkregen N-waarden op een diepte van 10 m, of bij een σ' van 100 kPa.

Figuur A 25-5
Tabel met indicatieve N-waarden in zand bij σ' = 100 kPa

Schmertman heeft een gemiddelde relatie vastgesteld tussen de N-waarde en de conusweerstand; zie figuur A 25-6.

Figuur A 25-6
Relatie N-waarde en conusweerstand [MPa]

Het verdient aanbeveling om voornoemde relatie met de nodige voorzichtigheid te gebruiken, omdat soms sterk afwijkende waarden zijn gevonden.

In de volgende tabel is een indicatie gegeven van het aantal slagen dat benodigd is om de sonde 10 cm in de grond te slaan. Er is daarbij onderscheid gemaakt tussen een Leichte Rammsonde (LRS) en een Schwere Rammsonde (SRS), een en ander conform NEN-EN-ISO 22476-2.

Figuur A 25-7
Indicatieve waarden voor N10 in zand