Verbeterde en/of gestabiliseerde grond
Er bestaat onderscheid tussen grondverbetering en grondstabilisatie [39]. Grondstabilisatie anders dan stabiliseren van baggerspecie valt buiten de scope van deze publicatie. Grondverbetering is het behandelen van grond met een beperkte hoeveelheid kalk. Dit verbetert de verwerkbaarheid en de grondmechanische eigenschappen. Grond kan hierdoor geschikt worden gemaakt voor constructieve ophogingen en aanvullingen. Bij grondstabilisatie wordt de grond gemengd met grotere hoeveelheden kalk en/of cement en of andere hydraulische bindmiddelen. Hierdoor wordt een dusdanige verbetering van stijfheid en sterkte verkregen dat de grond als gebonden wegfundering kan worden beschouwd. Het onderscheid tussen grondverbetering en grondstabilisatie ligt bij een dosering van circa 3% kalk (massaprocenten ten opzichte van de massa van de droge grond). Dit onderscheid is sterk afhankelijk van het watergehalte en het organisch stofgehalte. Voor stabilisatie van baggerspecie geldt een uitzondering. Voor toepassing daarvan als ophoogmateriaal is meestal meer dan 3% kalk noodzakelijk.
Stabilisatiemiddelen zijn bijvoorbeeld kleimeel, kalk en/of cement [40].
Grondverbetering met kalk
Kalk reageert met klei en leem. Toevoeging van kalk levert directe effecten op en effecten op de langere termijn. De mate van de optredende effecten is afhankelijk van het type en de hoeveelheid kalk, de grondsoort en het vochtgehalte. Het directe effect van het toevoegen van kalk aan klei, leem of grond is dat deze beter verwerkbaar worden omdat ze drogen en een betere structuur krijgen (verkruimelt). Dit laatste is het gevolg van de heroriëntering van de kleiplaatjes (flocculatie). De reactie van kalk met grond droogt vochtige grond om twee redenen:
Kalk reageert met klei en leem. Toevoeging van kalk levert directe effecten op en effecten op de langere termijn. De mate van de optredende effecten is afhankelijk van het type en de hoeveelheid kalk, de grondsoort en het vochtgehalte. Het directe effect van het toevoegen van kalk aan klei, leem of grond is dat deze beter verwerkbaar worden omdat ze drogen en een betere structuur krijgen (verkruimelt). Dit laatste is het gevolg van de heroriëntering van de kleiplaatjes (flocculatie). De reactie van kalk met grond droogt vochtige grond om twee redenen:
- De chemische omzetting van het kalk verbruikt water.
- Vochtige grond warmt op na menging met ongebluste kalk. Dit is met de hand voelbaar. De vrijgekomen warmte verdampt water.
Hiernaast droogt de grond door twee aanvullende effecten, namelijk:
- Het mengproces stelt de vochtige grond bloot aan de lucht, waardoor water verdampt. De effectiviteit hiervan is afhankelijk van weersomstandigheden (temperatuur, wind, luchtvochtigheid).
- De toevoeging van droge stof aan vochtige grond.
De langetermijneffecten hangen samen met de reactie van Ca- en OH-ionen op in kleimineralen aanwezige silicaten en aluminaten waardoor zogenaamde gehydrateerde calciumsilicaten (CSH) en calciumaluminaten (CAH) ontstaan. Deze puzzolane reactie is vergelijkbaar met die van cement in zandcement en leidt op de (middel)lange termijn tot binding tussen gronddeeltjes. De mate waarin deze reactie optreedt, is evenredig met de toegevoegde hoeveelheid kalk. Bij grondverbetering is sprake van lagere kalktoevoegingen (tot circa 3%) en dus van een geringere mate van binding dan bij grondstabilisatie.
Eisen aan grond bij menging met kalk
De verbeterende effecten van kalk (structuurverbetering, binding) treden alleen op bij klei- en leemhoudende grond en als is voldaan aan de volgende vuistregels:
De verbeterende effecten van kalk (structuurverbetering, binding) treden alleen op bij klei- en leemhoudende grond en als is voldaan aan de volgende vuistregels:
- D10 ≤ 63 µm;
- Plasticiteitsindex ≥ 5%.
Typische materiaalkundige eigenschappen
In vergelijking met zand voor zandbed zal met kalk verbeterde kleiige zandgrond door een grotere capillaire stijghoogte en een lagere waterdoorlatendheid over grotere hoogte vocht opnemen en meer vocht vasthouden. Hierbij bestaat een groter risico van vermindering van draagkracht met name bij toepassing boven de vorstindringingsdiepte. Een drainerende laag tussen ondergrond en behandeld zandbed kan hiervoor uitkomst bieden. Voor gestabiliseerde grond geldt dat de (druk) sterkte voldoende hoog is om inwerking van vocht (verweking) en vorst (opdooi) te kunnen weerstaan.
De stijfheidsmodulus van met kalk verbeterde grond is vergelijkbaar met die van menggranulaat. De reacties tussen kalk en klei- en leemhoudende grond vertalen zich in de effecten op de belangrijke materiaalkundige eigenschappen die hierna staan vermeld. Een overzichtstabel met materiaalkundige eigenschappen is niet op te stellen. De eigenschappen zijn sterk afhankelijk van het materiaal dat wordt verbeterd. Per locatie en toepassing is onderzoek noodzakelijk of het materiaal voldoet aan de gewenste eisen.
Plasticiteitsindex
Kleihoudende grond kan voorkomen in vaste, plastische en vloeibare toestand. De consistentie of vervormbaarheid is sterk afhankelijk van het vochtgehalte. Een parameter die de gevoeligheid voor vocht aangeeft, is de plasticiteitsindex. Bij menging met kalk neemt de uitrolgrens toe, de vloeigrens af en vermindert de plasticiteitsindex.
Verdichtbaarheid
De proctordichtheid en het optimum vochtgehalte bepalen de verdichtbaarheid van grond. Bij menging met voldoende kalk nemen de relatieve proctordichtheid en het optimum vochtgehalte toe. De proctorcurve wordt vlakker. De verdichtbaarheid is dan minder gevoelig voor vochtvariaties rondom het optimum vochtgehalte. Het verdichtingsgedrag is dan meer vergelijkbaar met dat van zand.
Doorlatendheid en samendrukbaarheid
Door flocculatie krijgt de grond een meer open structuur en kan de doorlatendheid op korte termijn toenemen met een factor 10. Op langere termijn daalt deze door de puzzolane reacties en de ontstane chemische verbindingen.
Cohesie en hoek van inwendige wrijving
Uit triaxiaalproeven blijkt dat na een periode van twee maanden de cohesie door puzzolane reacties met een factor 5 kan toenemen. De hoek van inwendige wrijving blijft nagenoeg ongewijzigd.
Draagvermogen (CBR-waarde)
De CBR-waarde is geen fundamentele materiaaleigenschap, maar geeft wel een indicatie van de sterkte en de draagkracht van (granulaire) materialen. Er is met CBR-waarden zeer veel ervaringskennis opgedaan. Bij een gegeven watergehalte is de CBR-waarde van grond met een beperkte hoeveelheid kalk (tot 3%) aanmerkelijk hoger dan van onverbeterde grond. Karakteristieke CBR-waarden voor zand zijn 10% tot 20% en voor kalkverbeterde grond 15% tot 25%.
Vorstgevoeligheid
Vorstgevoeligheid speelt alleen een rol bij toepassing als zandbed. Aanbevolen wordt voor deze toepassing de met kalk behandelde grond te toetsen op het meest ongunstige vochtgehalte dat kan voorkomen in de gebruiksfase. Door behandeling met kalk vermindert de vorstgevoeligheid. Met kalk behandelde kleigrond blijft echter vorstgevoeliger dan zand. Additionele toevoeging van enkele massa procenten cement verhoogt de druk- en de treksterkte en vermindert daarmee de heffing door opvriezen.
Capillaire werking
Met kalk verbeterde grond zal meestal niet voldoen aan de eis voor capillaire werking bij toepassing als zandbed. Toepassing als zandbed is mogelijk bij dieper gelegen grondwater. In dergelijke gevallen moet op basis van de capillaire stijghoogte van het materiaal en de diepte van het grondwater worden beoordeeld of het zandbed water aanzuigt of droog blijft. Als er risico bestaat op het aanzuigen van water, zijn er voorzorgsmaatregelen noodzakelijk.
Organischstofgehalte
Het gehalte organische stof in de te behandelen grond moet beperkt zijn omdat kalk ook reageert met organische stof. De kalk die zo wordt verbruikt, is dan niet meer beschikbaar om te reageren met de kleimineralen.
Door de verbetering van de grondmechanische eigenschappen zijn verbeterde gronden geschikt voor ophogingen en aanvullingen en onder bepaalde omstandigheden voor zandbed. Gestabiliseerde baggerspecie [40] komt in principe voor alle grondconstructies en onderdelen daarvan in aanmerking met de volgende beperkingen:
- Het aanbrengen van de gestabiliseerde baggerspecie vindt plaats in den droge.
- Geen toepassing in een laag met een begroeiingsfunctie of ter vervanging van zand in het zandbed van wegconstructies.
In tabel 36 staan de toepassingsgebieden voor verbeterde grond.
Tabel 36. Toepassingsgebieden verbeterde grond
| Wegen | Bouwrijp maken | |||||
| VB/CB | VO/CO | CA/VA | D | NO | NA | CS |
| belastingspreidende laag | ophoging boven water | aanvulling onder water | deklaag | ophoging tuinen/groenstroken | aanvulling tuinen/groenstroken | ondergrond fundering op staal |
| ja | ja | nee | nee | ja | ja | ja |
| Geluidswallen | Landschapsarchitectuur | Stortplaats | ||||
| NO | NA | D | NO | NA | D | D |
| ophoging boven water | aanvulling onder water | deklaag | ophoging boven water | aanvulling onder water | deklaag | deklaag |
| ja | nee | nee | ja | ja | nee | nee |