Het verdichtingsmechanisme
De materialen die bij grondwerk worden verdicht zijn opgebouwd uit vaste, vloeibare en gasvormige deeltjes:
- de vaste deeltjes bestaan meestal uit mineraal materiaal en kunnen in principe niet in volume worden verminderd: zij vormen gezamenlijk het korrelskelet;
- de vloeibare deeltjes bestaan meestal uit water; het water kan in volume worden verminderd doordat het uit de korrelmassa wordt verdreven door droging of drainage;
- de gasvormige deeltjes komen voor als lucht en/of als waterdamp; het gas is sterk samendrukbaar en laat zich in het algemeen gemakkelijker uit de korrelmassa verwijderen dan water.
Verdichting van grond wordt gedefinieerd als een behandeling waarbij in korte tijd de korrels dichter bij elkaar worden gebracht dan in de oorspronkelijke pakking; daardoor wordt het poriëngehalte verkleind en neemt de bulkdichtheid toe. Teneinde dat te bewerkstelligen moet de wrijvingsweerstand in de korrelcontactpunten worden overwonnen en dient tegelijkertijd het water en/of de lucht in de poriën te worden afgevoerd; soms vindt ook samendrukking van de ingesloten lucht plaats. Volgens de Wet van Coulomb wordt de wrijvingsweerstand beheerst door de hoek van inwendige wrijving, de cohesie en de effectieve korrelspanning loodrecht op het wrijvingsvlak.
Naarmate de pakkingsdichtheid toeneemt, wordt het steeds moeilijker om de reeds aanwezige cohesie en wrijving, eventueel inclusief interlocking te overwinnen ten behoeve van verdere verdichting; de afgenomen doorlatendheid belet de migratie van vloeistof en gas ook steeds meer. Verdichting is dus een activiteit met een afnemend rendement: de verdichtingskosten voor een bepaalde toename van de dichtheid zijn hoger naarmate de verdichtingsgraad in de uitgangssituatie groter is. In het algemeen wordt aangenomen dat er een lineair verband bestaat tussen de dichtheidstoename en de logaritme van de verdichtingsenergie. De verdichtingsenergie wordt in het laboratorium bij de Proctorverdichtingsproeven uitgedrukt als stampenergie per volume-eenheid verdichte grond in kJ/m3; bij trilproeven wordt veelal de trillingsduur van een bepaalde gedefinieerde trillingsbron aangehouden. In situ wordt van de betreffende verdichtingsmachine (rol of plaat) het aantal overgangen als maatstaf voor de verdichtingsenergie genomen. Forssblad [1981] geeft het betreffende verband tussen dichtheidstoename en verdichtingsenergie voor loskorrelig en cohesief materiaal op basis van het feit dat de verhouding tussen de energieën, toegepast bij de verzwaarde en de normale Proctorproef overeenkomt met een dichtheidstoename van 5% bij loskorrelig en 10% bij cohesief materiaal; zie figuur 4.9.
Naarmate de pakkingsdichtheid toeneemt, wordt het steeds moeilijker om de reeds aanwezige cohesie en wrijving, eventueel inclusief interlocking te overwinnen ten behoeve van verdere verdichting; de afgenomen doorlatendheid belet de migratie van vloeistof en gas ook steeds meer. Verdichting is dus een activiteit met een afnemend rendement: de verdichtingskosten voor een bepaalde toename van de dichtheid zijn hoger naarmate de verdichtingsgraad in de uitgangssituatie groter is. In het algemeen wordt aangenomen dat er een lineair verband bestaat tussen de dichtheidstoename en de logaritme van de verdichtingsenergie. De verdichtingsenergie wordt in het laboratorium bij de Proctorverdichtingsproeven uitgedrukt als stampenergie per volume-eenheid verdichte grond in kJ/m3; bij trilproeven wordt veelal de trillingsduur van een bepaalde gedefinieerde trillingsbron aangehouden. In situ wordt van de betreffende verdichtingsmachine (rol of plaat) het aantal overgangen als maatstaf voor de verdichtingsenergie genomen. Forssblad [1981] geeft het betreffende verband tussen dichtheidstoename en verdichtingsenergie voor loskorrelig en cohesief materiaal op basis van het feit dat de verhouding tussen de energieën, toegepast bij de verzwaarde en de normale Proctorproef overeenkomt met een dichtheidstoename van 5% bij loskorrelig en 10% bij cohesief materiaal; zie figuur 4.9.
[ link ]
Figuur 4.9 Toename van de verdichtingsgraad als functie van de verdichtingsenergie
Arquié [1972] en Arquié en Morel [1988] concludeerden uit talrijke praktijkmetingen dat de verkregen dichtheid lineair afhankelijk is van de logaritme van het aantal machine-overgangen N; in formulevorm:
ρdr = A + B log N
waarin A en B grootheden zijn, die afhangen van het materiaal, het materieel en het vochtgehalte. De formule geldt voor realistische waarden van N, bijvoorbeeld tussen 2 en 10.