Druksonderingen

De statische sondering of druksondering is een uit de funderingstechniek stammende proef, die bedoeld is om de mechanische eigenschappen van vooral de diepere lagen te bepalen. Bij deze proef wordt een cilindervormige staaf met aan het einde een conusvormige punt door drukkracht verticaal de grond ingedreven. Om te bereiken dat daarbij alleen de puntweerstand wordt gemeten zonder de wrijving langs de staaf, is de staaf omgeven door een mantelbuis; deze laatste staat stil gedurende de korte periode dat de conus wordt uitgedrukt over een diepte van circa 70 mm. Vervolgens wordt de mantelbuis weer ‘nagedrukt’ over dezelfde afstand, waarna de conus opnieuw wordt uitgedrukt, enzovoort.

Zowel de staaf waarmee de conus wordt weggedrukt als de mantelbuis heeft als regel een lengte van 1 m. De binnenstaven staan koud op elkaar, terwijl de mantelbuizen op elkaar worden geschroefd. De wegdruksnelheid bedraagt meestal circa 20 mm/s; aan deze lage snelheid ontleent de proef ook de naam statische sondering (Engels: static cone penetration test). Omdat de proef in Nederland werd ontwikkeld, is hij ook bekend onder de naam Dutch cone penetration test; in gestandaardiseerde vorm wordt de afkorting CPT gebruikt.

De druk die nodig is om de conus te laten penetreren en vervolgens het buizenstelsel te verplaatsen, wordt meestal gemobiliseerd met behulp van hydraulische vijzels; de benodigde tegendruk wordt geleverd door het gewicht van de al dan niet verankerde en geballaste apparatuur. De door de conuspunt geregistreerde grondweerstand wordt betiteld als conusweerstand (Engels: cone resistance).

Sinds in de jaren dertig de eerste primitieve conus door Barentsen was ontworpen en de, later gestandaardiseerde, zogenaamde mantelconus was ontwikkeld door Vermeiden [1947], zijn in vele landen talrijke druksondeersystemen op de markt gekomen. Daarbij werden variaties toegepast in onder meer conustophoek, conusdiameter, mantelvorm, buisdiameter en wegdruk- en registratieapparatuur.

Een belangrijke verworvenheid vormde de toevoeging door Begemann [1953, 1965 en 1969] van een zogenaamde kleefmantel achter de conus; zie figuur 6.27. De zogenaamde kleefmantelconus is zodanig geconstrueerd dat na het uitdrukken van de conus over circa 35 mm, over de volgende circa 35 mm de conus en de kleefmantel tezamen worden weggedrukt; daarna wordt de streng mantelbuizen weer nagedrukt. Op deze wijze kan de zogenaamde plaatselijke wrijvingsweerstand (Engels: local friction) worden bepaald; deze is te beschouwen als de adhesie tussen grond en staal.

De conusweerstand en de wrijvingsweerstand langs de mantel worden via de binnenstangen overgebracht naar een zich boven maaiveld bevindend druklichaam, waarin de vloeistofdruk wordt gemeten of een elektrische krachtopnemer de druk registreert. Vanwege de, via de binnenstangen verlopende, mechanische overbrenging van de krachten worden dergelijke sonderingen betiteld als mechanische sonderingen. Deze sonderingen worden gewoonlijk discontinu uitgevoerd, wat wil zeggen dat per 0,1 m of (als regel) per 0,2 m penetratiediepte een aflezing van conusweerstand en (eventueel) kleefweerstand plaatsvindt.

Het is ook mogelijk om bij de mechanische sondering de conusweerstand continu te registreren door bij uitgeschoven conus de kracht op de binnenstangen te meten tijdens het wegdrukken van buizen en binnenstangen samen. Weliswaar kan op deze wijze sneller dan bij de discontinue wijze van wegdrukken op diepte worden gekomen, maar de meting is minder betrouwbaar; dit laatste voornamelijk vanwege het mogelijke optreden van een onbekende extra wrijving tussen binnenstangen en mantelbuizen.

Naast de mechanische sondering is sinds de jaren zestig de zogenaamde elektrische sondering beschikbaar; zie figuur 6.28. Daarbij is de mantelconusvorm met insnoering vervangen door een volkomen cilindrische vorm, terwijl de conusweerstand en de mantelwrijving direct ter plaatse worden geregistreerd met behulp van ingebouwde elektrische opnemers. Deze metingen kunnen tijdens de continue penetratie van het buizenstelsel naar behoefte op elke gewenste diepte of continu over een bepaald traject worden vastgelegd.

Zowel de mechanische als de elektrische sondeerconussen zijn in Nederland, in Europa en mondiaal genormaliseerd; de conus heeft een tophoek van 60° en de diameter bedraagt 35,7 mm, zodat het penetratie-oppervlak 10 cm² meet. Niettemin bestaan er nog talrijke andere sondeerconussen. Daarbij verschillen niet alleen de vorm en afmetingen van conus en verlengbuizen; ook de registratiewijze van diepte en conusweerstand en de wijze van wegdrukken vertonen vele varianten. Voor de ondiepe verkenning van bepaalde lagen, bijvoorbeeld zojuist verdichte toplagen van een funderings- of ophogingslaag, worden vaak eenvoudige met de hand bediende sondeersystemen toegepast.

In cohesieve materialen, zoals kleiig zand, zandige klei en pure klei, worden in dat geval meestal conussen gebruikt die qua diameter vergelijkbaar zijn met de standaardconus; in veel gevallen is geen mantelbuis aanwezig. De benodigde penetratiekracht kan dan, ook bij toepassing van standaardconussen, gemakkelijk worden gemobiliseerd door een of twee personeelsleden. Als de conusdiameter voorts iets groter is dan de diameter van de wegdrukstang, zal in dergelijk materiaal het door de conus gemaakte gat open blijven staan, zodat geen wrijving langs de schacht ontstaat.

In niet-cohesief materiaal zoals zand worden, om handmatige penetratie mogelijk te maken, doorgaans conussen met een doorsnede kleiner dan die van de standaardconus toegepast. In hoofdstuk 4 is reeds besproken dat dergelijke conussen bij ondiepe penetratie hogere conusweerstanden opleveren dan de standaard ∅ 36 mm-conus; bovendien is de verhouding tussen conusdiameter en stangendiameter van invloed.