De samendrukbaarheid van klei en zand: oorsprong en gevolg

Nederland ligt voor een groot deel binnen een uitgestrekt deltagebied van vele grote rivieren komend vanuit geheel Europa. De Waal, Maas en Rijn zijn daarvan wel de bekendste, maar ook vele andere kleine rivieren stromen door het land. Water vervoert grote hoeveelheden materiaal en deponeert het indien het water de juiste stroomsnelheid heeft bereikt. Omdat het land in een delta ligt, is in dit land ontzettend veel van het riviermateriaal neergelegd. Ons land ontleent zijn bestaansrecht dan ook aan het afgezette riviermateriaal. Het bestaat uit grote zanddeeltjes tot de uiterst kleine lutumdeeltjes. Wat voor invloed heeft de afzetmethode op de draagbaarheid, zetting en samendrukbaarheid?

Samendrukbaarheid klei en zand

• Fluviatiele, mariene, eolische en glaciale sedimenten
• Invloed van lutum in de bodem
• De grotere sedimentdelen
• Invloed van waterafvoer bij lutum of zand structuren
• Versnellen van zetting en samendrukbaarheid klei
• Berekenen van zetting

Fluviatiele, mariene, eolische en glaciale sedimenten

Een sediment is een mineraal of grondsoort dat door natuurlijke invloeden is vervoerd en onder de juiste omstandigheden is afgezet. In Nederland kennen we meerdere sedimentatiemethoden zijnde:

• fluviatiele sedimenten: dit zijn grondsoorten gedeponeerd door rivieren. Vanuit hoger gelegen gebieden wordt materiaal door de rivier vervoerd. Indien het water minder snel gaat stromen dan zullen de grootste brokstukken, zoals rots achterblijven, gaat het weer minder snel dan betreft het stenen en grind. Op de laagste en meest traagstromende plekken betreft het de kleinste deeltjes zoals lutum;
• mariene afzettingen: zee komt het land binnen en overstroomt een groot gebied. Denk aan klei, maar ook kalk wegens gestorven schelpdieren;
• eolische afzettingen, waarbij de kleinste deeltjes via de wind worden vervoerd en in duinen worden gedeponeerd. Denk aan löss zoals het in Limburg voorkomt;
• glaciale sedimenten. Dit kunnen enorme brokstukken of dikke praktisch ondoordringbare keileemlagen zijn.

Verschillende manieren van sedimentatie in het land geven een uiteenlopende bodemgesteldheid, waarop gebouwen, wegen, aardebanen enzovoorts op moeten worden gefundeerd. Wat voor invloed heeft het formaat van de korrel?

Invloed van lutum in de bodem

De aller kleinste deeltjes in de bodem aanwezig vallen onder het lutum. Dit zijn minuscule plaatjes ter grootte van een picometer (fractie van een millimeter). Gestapeld liggen de plaatjes horizontaal op elkaar en vormen een praktisch ondoorlaatbare laag. Een concentratie van 100% lutum komt praktisch nooit voor en vaak is het een mengsel, waarbij klei, silt of kleiïg zand ontstaat. Het is door traagstromend water gedeponeerd in dikke pakketten, waarbij zand, lutum en stofdeeltjes in een mengsel zijn samengebracht. In verschillende delen van Nederland vind je dus afwisselende klei- en leemsoorten in vele samenstellingen en verschillende samendrukbaarheid.

De grotere sedimentdelen

Sediment dat bij hogere watersnelheden alsnog wordt gedeponeerd is zand en grind. Grind is uiteraard een zeer grote zandkorrel. Beide hebben geweldige eigenschappen om weerstand tegen druk te bieden. In tegenstelling tot klei met kleine lutum deeltjes zijn de korrels van zand relatief groot. De korrels liggen in een driehoeksopstelling op elkaar, waardoor een stevige draagstructuur ontstaat. Het biedt direct een draagstructuur indien het zand van boven wordt belast.

Invloed van waterafvoer bij lutum of zand structuren

Wordt een grondlaag belast met een hoge toename aan belasting dan zal er een herschikking optreden van het korrelmateriaal. Normaal dient grondwater te worden afgevoerd, zodat de korrels voldoende ruimte hebben om de aanvullende belasting op te kunnen nemen. Omdat zand een redelijk stevige structuur heeft met grote openingen, kan grondwater praktisch per ommegaande worden afgevoerd. Daardoor is de eindsituatie binnen een kort tijdsbestek bereikt. Dit is compleet anders bij grondlagen met een hoog lutumgehalte. Het duurt een poos voordat het bodemwater door de kleine kiertjes van het materiaal is doorgesijpeld. Des te meer lutum en des te meer gepakt het materiaal is en des te trager stroomt grondwater weg. Dat houdt in dat het een tijd duurt, voordat alle zetting (herschikking) van het materiaal is opgetreden. Voor dikke kleipakketten, waarop een hoge belasting komt (aardebaan ophoging enzovoorts) bekent het een lange termijnplanning, omdat de daling van die samendrukbare grondlagen met de tijd optreedt. Denk daarbij aan orde grootte enkele maanden.

Versnellen van zetting en samendrukbaarheid klei

Een manier om versneld water uit de grondlagen te verwijderen is het toepassen van verticale zandkolommen of drains. De her en der toegepaste drains trekken grondwater uit de bodem aan, waardoor het water geen grote afstand hoeft af te leggen. Bij een beperkte drainafstand van bijvoorbeeld hart op hart een meter kan reeds een versnelde zetting worden behaald. Een tweede manier is door belasting (extra opgehoogd zand wat later weer wordt verwijderd) op te voeren, zodat de grondlagen versneld zetten. Let wel zetting wordt opgedeeld in twee tijdsafhankelijke zettingen. Enerzijds door de afvoer van water, waardoor primaire zetting kan optreden. Anderzijds zal door verandering van het materiaal, waardoor kruip op de lange termijn ontstaat. Dit laatste wordt seculaire zetting genoemd.

Berekenen van zetting

Zowel het stevigere zand en slappe klei zullen een bepaalde zetting ondergaan. De mate van zetting en samendrukbaarheid worden bepaald door de samendrukkingsconstante van het materiaal, de dikte van de laag en het spanningstoename. Hoe je de zetting handig kunt bereken vind je in het lees verder artikel: Gebruik Koppejan om de zetting uit te rekenen.

Lees verder

• Gebruik Koppejan om de zetting uit te rekenen
• Fundering: waar staat een gebouw op, hoe is het gefundeerd?
• Verbeter de vochtigheid met een drainagegeul!