Klei
Klei is een natuurlijk, door of in water, afgezet materiaal, dat tot de fijnste afzettingen behoort. Klei bevat een zekere samenhang, cohesie en het vermogen om water vast te houden. Het materiaal is relatief erosiebestendig en slecht doorlatend. De eigenschappen van klei worden sterk bepaald door de korrelgrootteverdeling, de mineralogische samenstelling, plasticiteitsgrenzen, watergehalte, dichtheid en consolidatiegraad. Eisen die specifiek gesteld worden aan klei voor dijken zijn beschreven in en .
Een globale indicatie van enkele kenmerkende eigenschappen van klei is opgenomen in tabel 7.4.1, overgenomen uit .
Tabel 7.4.1, Typische materiaalkundige eigenschappen klei, uit: (CROW, 2009), samendrukkingscoëfficiënten RR, CR, Cα uit: (NNI, 2016).
| Materiaaleigenschap | Eenheid | Waarde |
| Mechanische eigenschappen | ||
| dichtheid nat | kg/m 3 | 1.600 - 2.000 |
| dichtheid droog | kg/m 3 | 1.200 - 1.600 |
| maximale proctordichtheid | kg/m 3 | 1.350 - 1.700 |
| ongedraineerde schuifsterkte | kPa | 25 - 250 |
| evenwichtsdraagvermogen – schuifsterkte (σ’ v = 20 kPa) | kPa | 11 - 12 (> 11) |
| E dyn | MPa | > 25 |
| cohesie | kPa | 0 - 50 |
| inwendige wrijvingshoek | o | 15 - 35 |
| samendrukbaarheid C’ p | - | 20 - 80 |
| samendrukbaarheid C’ s | - | 15 - 200 |
| her-belastingscoëfficiënt, RR | - | 0,080 – 0,008 |
| samendrukkingscoëfficiënt, CR | - | 0,250 – 0,025 |
| kruipparameter, C α | - | 0,010 – 0,001 |
| consolidatiecoëfficiënt | m 2 /s | 1,0 X 10 -9 – 1,0 X 10 -6 |
| volumeverandering | % | ≤ 0,3 |
| zwel/collapse/krimp | % | ≤ 4,4 |
| doorlatendheid | m/s | 1,5 X 10 -12 – 1,0 X 10 -9 |
| capillaire werking – stijghoogte | m | >> 0,6 |
| vorstgevoeligheid – heffing | mm | < 8 |
| Classificatie-eigenschappen | ||
| korrel(grootte)verdeling | % < 2 µm | 8 - 100 |
| korrelgradering | % 2 - 63 µm | 0 - 75 |
| plasticiteitsindex | % m/m | 20 - 90 |
| samenstelling (humusgehalte) | % m/m | < 5 |
| dichtheid korrels | kg/m 3 | 2.400 - 2.700 |
| Toestandeigenschap | ||
| verdichtingsgraad | % mpd | 85 - 95 |
| consistentie-index | - | 0,6 - 1,0 |
Consistentie
Bij de verwerking van klei (ontgraving, transport, spreiding en verdichting) speelt het watergehalte een cruciale rol. De consistentie of consistentie-index, Ic, representeert het relatieve watergehalte, dat wil zeggen het heersende watergehalte ten opzichte van de Atterbergse grenzen, waarbij de klei juist vloeibaar respectievelijk juist vast is. De ligging van de Atterbergse grenzen, de zogenaamde vloeigrens en uitrolgrens, wordt beheerst door de hoeveelheid lutum en de mineralogische samenstelling van de lutumdeeltjes. De definitie van de consistentie-index is gegeven in tabel 4.2.45.
Verwerking
Zowel het watergehalte van het materiaal als neerslag tijdens de uitvoering spelen een grote rol bij de verwerking van klei. Over het algemeen geldt dat, conform :
- het materiaal tijdens het aanbrengen een minimale sterkte moet hebben;
- geen menging met andere grond om zandinsluitingen te voorkomen. In deze insluitingen kan water zich verzamelen, hetgeen op termijn kan leiden tot zwakke plekken;
- het in niet al te dikke lagen, circa 0,25 tot 0,3 m, moet worden verdicht;
- er een afwatering tijdens de uitvoering moet zijn om menging met neerslag te beperken: kleilagen aanleggen onder een licht afschot, 1:50, in dwarsrichting (dakprofiel). Dit bevordert de afwatering van neerslag en voorkomt plassen water op het oppervlak (figuur 7.4.1)
- bij neerslag en vorst het werk stilgelegd moet worden: werkzaamheden zoveel mogelijk in de zomerperiode uitvoeren.
[ link ]
Figuur 7.4.1, Afwatering tijdens uitvoering, uit: .
De consistentie-index, Ic (tabel 4.2.45), geeft een indicatie van de geroerde sterkte. Indien Ic lager is dan 0,6, kan verwerking en verdichting niet plaats vinden. De sterkte van de klei is dan zodanig laag dat deze tijdens het verdichten zijwaarts wordt weggeperst (“dol draaien”). Ook mag het materiaal niet te droog zijn, Ic-waarde groter dan 1,0. Als klei te droog is, dan kan deze niet meer worden verdicht. De holtes tussen de brokken klei blijven dan open, met als risico dat er water in de ophoging achterblijft. Dit kan op termijn verweking van de klei veroorzaken. Nadere randvoorwaarden voor de verwerking van klei zijn vastgelegd in .
Toepasbaarheid
Conform is klei in principe onder bepaalde voorwaarden toepasbaar als constructieve ophoging, ook bij waterkeringen, CO/VO en als deklaag, D(zie figuur 7.1.1). Constructieve aanvullingen onder water met klei zijn niet mogelijk. De klei is dan niet te verdichten en er treedt vermenging op met water tijdens het aanbrengen. Daarnaast is het materiaal toepasbaar in geluidswallen, landschapsarchitectuur en bij stortplaatsen als niet-constructief ophoog- en aanvulmateriaal, ook onder water, NO/NA(zie figuur 7.1.1). Hierbij is het materiaal ook toepasbaar als deklaag, D. In specifieke gevallen is klei toepasbaar als afdekking van stortplaatsen boven en onder water.
Materiaal- en uitvoeringseisen
De materiaal- en uitvoeringseisen voor klei als constructief ophoogmateriaal, CO/VO(zie figuur 7.1.1), zijn uitgebreid beschreven in . Samengevat zijn de volgende materiaaleisen van toepassing:
- gloeiverlies kleiner dan 5%: hierdoor zijn volumeveranderingen als gevolg van verval van organisch materiaal beperkt. Bij waarden tussen de 5 en 10% dient aan de hand van aanvullende materiaalproeven worden aangetoond dat de sterkteparameters voldoende zijn om de stabiliteit van de ophoging te garanderen;
- consistentie-index, Ic in de range van 0,7 tot 1,0: hierdoor zijn volumeveranderingen als gevolg van krimp of zwel beperkt;
- dynamische elasticiteitsmodulus, Edyn groter dan 50 MPa: deze eis volgt uit de randvoorwaarde dat bij toepassing van klei geen zwaardere verhardingsconstructie toegepast hoeft te worden in vergelijking met een standaardconstructie. Bij lagere waarden kan door het aanpassen van de verhardingsconstructie het effect van een slappe kleilaag ondervangen worden;
- lutumgehalte kleiner dan 30% bij ophogingen hoger dan 5 m: garandeert de stabiliteit van de ophoging;
- zoutgehalte (NaCl) in bodemvocht kleiner of gelijk aan 4 gr/l: voorkomt chemische veranderingen van de klei en borgt hiermee de stabiliteit van de ophoging.
Toepassing van klei met een consistentie-index lager dan 0,7 maar groter dan 0,6 is ook mogelijk bij een sandwichconstructie, afwisselend klei- en zandlagen. Nadeel hiervan is dat gescheiden ontgraven van een dergelijke constructie niet of nauwelijks mogelijk is, waardoor primaire en secundaire materialen gemengd worden. Afwijking van bovenstaande materiaaleisen hoeft de toepassing van klei als constructief ophoogmateriaal niet in de weg staan. In dat geval dient op basis van laboratoriumproeven en aanvullende geotechnische berekeningen aangetoond te worden dat voldaan wordt aan de bovenliggende constructie- en prestatie-eisen, afhankelijk van de toepassing .
Voor de toepassing van klei in de deklaag, D (zie figuur 7.1.1), van de constructie zijn de volgende materiaaleisen van toepassing:
- consistentie-index, Ic, groter dan 0,75: de deklaag moet niet gevoelig zijn voor vochtveranderingen;
- zoutgehalte (NaCl) in bodemvocht kleiner of gelijk aan 4 gr/l: voorkomt chemische veranderingen van de klei en borgt hiermee de stabiliteit van de ophoging;
- beperking erodeerbaarheid:
- zandgehalte kleiner of gelijk dan 40%;
- organisch stof gehalte kleiner dan 5%;
- plasticiteitsindex, Ip:
- als vloeigrens, wl kleiner of gelijk aan 45% dan dient de plasticiteitsindex groter of gelijk te zijn aan 18%; - als vloeigrens wl groter dan 45% dan dient de plasticiteitsindex groter te zijn dan: 0,73 (wl – 20%).