Monsternametechnieken – ongeroerde monsters

Voor het uitvoeren van laboratoriumproeven dient het monster representatief te zijn voor de grondlaag waaruit deze is gestoken. Dit betekent dat het monster tijdens het steken, maar ook tijdens transport en opslag niet significant mag vervormen of van eigenschappen mag veranderen. Dit stelt eisen aan de monsternametechnieken. In de onderstaande tekst volgt een korte toelichting op de verschillende methoden voor het steken van ongeroerde monsters die voor de Nederlandse markt beschikbaar zijn. Opgemerkt wordt dat deze methoden verschillend presteren in verschillende grondsoorten. Dit houdt in dat idealiter de keuze van monstername techniek afhangt van de grondsoort die wordt gestoken. Dit is nader toegelicht in paragraaf 3.5.2.

– Ackermann steekapparaat

Verreweg meest toegepast in de Nederlandse geotechnische praktijk is het Ackermann steekapparaat. Hierbij wordt over het algemeen een dunwandige stalen monsterbus onder het steekapparaat geplaatst. De bus wordt na plaatsing op de bodem van het boorgat met behulp van een inwendig valgewicht in de grond geslagen. Vervolgens wordt het geheel uit de bodem getrokken, waarbij door middel van onderdruk, via afsluiting van de bovenzijde van de bus wordt voorkomen dat grond uit de bus verloren gaat.

Alternatief voor het slaan met een valgewicht, is het hydraulisch wegdrukken van een monsterbus, waarbij de reactiekracht kan worden verkregen door bijvoorbeeld bevestiging aan de boorbuis of de sondeerapparatuur. Voor wat betreft de steekwijze in een open boorgat heeft het wegdrukken de voorkeur boven het wegslaan van de monsterbussen, met name bij bemonstering van weinig draagkrachtige en sterk samendrukbare lagen. Bij het wegslaan bestaat een grote kans op verstoring van het monster door de gevolgen van de uitgeoefende slag-energie. De vastheid van de grond bepaalt hoofdzakelijk de te bereiken steekdiepte. Daarbij kan zowel de maximum conusweerstand van de laag waarin een monster moet worden gestoken, als de maximaal beschikbare wegdrukcapaciteit (meestal 200 kN) maatgevend zijn.

De in Nederland meest toegepaste monsterbus bestaat uit dunwandig staal en bevat geen liner. De diameter van de bus is 68 tot 70 mm uitwendig en 66 mm inwendig; de lengte is 400 mm. Ook is een type met een diameter van 100 mm voorhanden. In sterk samendrukbare lagen wordt soms een liner toegepast om te voorkomen dat de kwaliteit van de monsters nadelig wordt beïnvloed door het uitdrukken van de grond in het laboratorium. Bij de vaste lagen speelt het uitdrukken een ondergeschikte rol, zodat hierbij een liner minder noodzakelijk is. Na monstername worden de bussen met doppen en tape afgedicht.

– Piston sampler

De piston sampler bestaat uit een dunwandige buis met een lengte van 1000 mm en een diameter van 101.6 mm. De steekmond heeft een scherpe snijrand. De klassieke sampler maakt gebruik van een aluminium buis. Na voorboren wordt de buis, waarbij de piston aan de onderzijde is vastgezet, op de bodem van het geboorde gat geplaatst. Vervolgens wordt de buis weggedrukt, terwijl de piston aan de bovenzijde van het monster blijft. De verstoring van het monster blijft hierbij beperkt. Deze techniek is met name geschikt voor het bemonsteren van slappe klei en veen.

– Holle avegaar

Bij de holle avegaar wordt voorgeboord door middel van schroefboren. Wanneer de boor op diepte is gekomen wordt vanuit de kern van de avegaar een monster gestoken. De monsters hebben een lengte van 1000 mm en een diameter van 120 mm.

– Blok monster

Internationaal wordt het steken of snijden van een blokmonster als de hoogst haalbare kwaliteit gezien. Het gaat hierbij om een groot volume grond dat in het veld wordt gestoken en later in het laboratorium onder geconditioneerde omstandigheden wordt getrimd tot proefstukken. Het met de hand steken of snijden van de monsters kan echter alleen tot een beperkte diepte. Als alternatief zijn verschillende steekapparaten beschikbaar om ook op grote diepte grotere monsters te kunnen steken. Hierbij worden de volgende genoemd:

Laval sampler

De Laval sampler is ontwikkeld aan de Université Laval, Canada. De werking is weergegeven in figuur 3.5.4. Het steekapparaat bestaat uit een getande boorkop waarmee naar de gewenste bemonsteringsdiepte wordt geboord. Het boorgat wordt ondersteund met een bentonietspoeling. Op de gewenste diepte aangekomen wordt vanuit de boorkop een dunwandige bus weggedrukt. Vervolgens wordt de grond rondom de weggedrukte bus weggeboord. Daarna wordt de bemonsteringsbus met monster opgehaald. De Laval sampler steekt monsters met een diameter van 200 mm. Het monster wordt in het veld uitgedrukt en verpakt, eventueel ingesmeerd met bijenwas en daarna naar het laboratorium vervoerd.

Sherbrooke sampler

Met name voor het bemonsteren van klei wordt de Sherbrooke sampler (zie figuur 3.5.5), internationaal als een hoogwaardige monstername techniek gezien. In veel internationale publicaties wordt deze techniek als referentiemethode ingezet. De conventionele Sherbrooke sampler levert monsters met een diameter van 250 mm. Een toelichting op de Sherbrooke Sampler is te vinden in (). Recent is een kleine Sherbrooke Sampler ontwikkeld, zie (). Deze levert monsters op met een diameter van 160 mm.

Bij een Sherbrooke sampler wordt eerst voorgeboord tot de gewenste diepte waarna de sampler in het boorgat wordt gebracht. Met water snijdt de sampler de grond rondom het te steken monster weg. Na het bereiken van de juiste diepte wordt met behulp van messen het monster afgesneden en naar het oppervlak gebracht. Daar wordt het monster in folie gewikkeld en eventueel ingesmeerd met bijenwas.

DLDS

De Deltares Large Diameter Sampler, DLDS, is speciaal ontwikkeld voor het steken van veen -, en slappe kleimonsters. De details zijn beschreven in (). De monsters worden gestoken vanuit een voorgeboord gat met een dunwandige steekbus. De diameter van de monsters zijn 400 mm. De hoogte van de monsters zijn 500 mm of 1 000 mm. Na het wegdrukken van de bus wordt met messen aan de onderzijde het monster afgesneden. Op het maaiveld worden de monsterbussen luchtdicht afgesloten en vervolgens naar het laboratorium vervoerd.