Kwaliteitscontrole stijfheid van zandbed en fundering

Kwaliteitscontrole stijfheid
van zandbed en fundering
Het is van belang dat de fundering en aardebaan van een
wegconstructie op hun taak
wikkelde modellen van de Federal Highway Administration (FHWA) in de Verenigde Staten een
stap gemaakt om de invloed van vochtgehalte
op de LWD-stijfheidsmodulus van een zandbed
te kwantificeren. De korrelverdeling en de data
uit de proctorproef fungeren daarbij als voornaamste extra voorspellende variabelen. De relatie tussen het vochtgehalte bij aanleg en de
LWD-modulus in het laboratorium lijkt heel erg
op de relatie tussen vochtgehalte en CBR-waarde. Met de nieuwe relatie kan dus snel inzicht
worden verkregen in welke stijfheidsmoduli
haalbaar zijn voor een combinatie van materiaal
en vochtgehalte, zonder dat daarvoor kostbare
en tijdrovende triaxiaalproeven nodig zijn.
berekend zijn. De stijfheidsInvloed vocht
modulus van het zandbed en
De relatie tussen vochtgehalte en dichtheid uit
de proctorproef en de daaruit afgeleide stijfheid,
geeft aan welke dichtheid en stijfheid haalbaar
zijn bij een gekozen uitgangswaarde voor het
vochtgehalte. Vaak zal dat het optimum vochtgehalte zijn of een gehalte dat er niet iets onder
ligt.
Met LWD-metingen kan tijdens de uitvoering
worden gecontroleerd of de gewenste stijfheid
daadwerkelijk is gehaald. In de praktijk zal het
vochtgehalte tijdens de meting nooit gelijk zijn
aan het vochtgehalte tijdens het verdichten, zeker niet als het een tijdje heeft geregend.
Zijn de na een regenbui gemeten LWD-moduli
dan nog een goede indicator van de aanlegkwaliteit? De stijfheidsmodulus behorend bij een
vochtgehalte tijdens aanleg van 2 procent boven
het optimum vochtgehalte is niet gelijk aan de
stijfheidsmodulus van een zandbed dat bij een
de fundering is daar tegenwoordig een gewichtige parameter voor. Maar er zijn ook
traditionele controleparameters. Het is Koac•NPC gelukt
deze twee middelen aan elkaar
te koppelen.
DR.IR. C.A.P.M. VAN GURP
Van oudsher zijn meting van verdichtingsgraad
en vochtgehalte, vaak aangevuld met een bepaling van de korrelverdeling, de voornaamste gereedschappen die bij een kwaliteitscontrole van
een werk in uitvoering worden gehanteerd. Een
probleem daarbij is echter dat vochtgehalte,
droge dichtheid en maximumproctordichtheid
de aanlegkwaliteit niet direct koppelen aan de
voornaamste uitgangspunten van de gangbare
nnechanistische dimensioneringsprocessen.
Deze gebruiken de stijfheidsmodulus als de
belangrijkste ontwerpparameter.
Vooral in nieuwe contractvormen worden steeds
meer eisen gesteld aan de stijfheidsmodulus,
niet alleen bij oplevering of aan het einde van de
contractperiode, maar ook tijdens de uitvoering.
In dit artikel wordt een koppeling gelegd tussen
de traditionele controleparameters en de stijfheidsmodulus.
Beeld van de grindvervangingsproef.
zienlijk deel uit van een wegconstructie. Schades
in wegen, met name bij asfaltverhardingen, zijn
vaak te herleiden tot problemen in de fundering
en dieper gelegen lagen. Goede functionele
prestaties van die lagen kunnen alleen worden
gewaarborgd met passende kwaliteitscontroles
van materialen om er zeker te zijn dat de geleverde materialen hetzelfde zijn als de bestelde.
Verder moet het materiaal gelijkmatig gemengd
zijn en moet een juiste keuze voor het vochtgehalte zijn gemaakt om een goede verdichting te
realiseren. Uiteraard moet voldoende verdichtingsenergie zijn uitgeoefend voor de gewenste
dichtheid en stijfheid.
Gewenste prestaties
Meetmethode stijfheid
De fundering en de aardebaan maken een aan-
Voor het meten van de draagkracht en stijfheidsmodulus van fundering of zandbed zijn Light
Weight Deflectometers (LWD) uitermate geschikt. Bij een LWD-meting valt een gewicht van
ongeveer 10 kg vanaf een zekere hoogte op een
set buffers die op een cirkelvormige plaat zijn
gemonteerd.Tegenwoordig wordt bijna altijd
een diameter van 300 mm gebruikt. Uit de opgewekte lastpuls en centrumdeflectie kan de oppervlaktemodulus worden berekend. Dit is een
equivalente modulus voor de combinatie van lagen waarop de meting wordt uitgevoerd. In Nederland zijn drie typen LWD in gebruik, namelijk
apparaten van Zorn, Dynatest en Grontmij. Hoewel de apparaten op het oog op elkaar lijken,
IN 'T KORT -STIJFHEIDSCONTROLE
Vooral nieuwe contractvormen stellen steeds
meer eisen aan de stijfheidsmodulus
Met een LWD-meting kan worden gecontroleerd of de gewenste stijfheid is gehaald
De LWD-waarden in het veld liggen dicht bij de
in het laboratoium gevonden waarden
FHWA-modellen kunnen een stap zijn naar de
koppeling van oude regels aan de nieuwe eisen
20
LAN D+WATER NR. 3 - MAART 2015
zijn er toch forse verschillen. De Zorn meet de
deflectie met een versnellingsopnemer die bovenop de gesloten voetplaat is gemonteerd, terwijI de andere merken de centrumdeflectie meten met een geofoon (snelheidsopnemer) die
door een gat in de voetplaat rechtstreeks contact maakt met de fundering of het zandbed. De
Dynatest- en Grontmij-apparaten zijn voorzien
van een drukdoos om het krachtsignaal te meten. De Zorn kent geen drukdoos. Door het gewicht altijd van een vaste hoogte te laten vallen
wordt aangenomen dat de kracht altijd hetzelfde is. Uit het staafjesdiagram blijkt dat de werkelijke kracht een bepaalde bandbreedte kent die
afhankelijk is van de stijfheid van het medium
waarop gemeten wordt. Deze verschillen leiden
samen met verschillen in plaatstijfheid ertoe dat
de oppervlaktemodulus gemeten met de Zorn
ongeveer een factor 1,75 kleiner is dan die van
de Dynatest of Grontmij LWD. Kortom, de meetresultaten van de diversen typen LWD kunnen
niet zondermeer door elkaar worden gebruikt.
Tabel Relatie vochtgehalte
en stijfheid fijn zand
Vochtgehalte (% m/m)
LWD-stijfheid lab (MPa)
4
6
8
47 43
LWD-stijfheid veld (MPa) 48 33 23
Voor het meten van de draagkracht en stijfheidsmodulus van fundering of zandbed zijn Light Weight
Deflectometers (LWD) uitermate geschikt.
optimum vochtgehalte is aangelegd, maar tijdens de LWD-meting 2 procent natter was. In dit
laatste geval is bij de uitvoering uitgegaan van
het korrelskelet met de dichtste korrelstapeling,
ofwel het skelet met de geringste holle ruimte.
Dit betekent dat een toename van 2 procent
vocht de verzadigingsgraad opstuwt. Deze ver10 11
zadigingsgraad is groter dan bij een zandbed dat
40 1 bij dit hogere vochtgehalte zou zijn aangelegd;
simpelweg omdat de beschikbare holle ruimte
16 11
van dit mengsel groter is.
30
a)
C
a) 25
Kracht Zorn LWD = 6,69 kN
(1)▪ 20
Slot
•
o 15
2
Met de FHWA-modellen kan een verdere stap
worden gezet om de resultaten van de soudes regels uit de Standaard, nannelijk de dichtheid,
vochtgehalte en korrelverdeling beter te koppelen aaninieuwe'eisen zoals de stijfheidsmodulus
van fundering en zandbed.
Hiermee kunnen opdrachtnemers beter voldoen
aan de huidige contractvoorwaarden.
10
Link tussen vochtgehalte en stijfheid
Met dichtheidsmetingen op een zandbed met
steekring, zandvervangingsmethode of nucleaire apparatuur kan, aangevuld met bepaling van
de relatie tussen vochtgehalte en dichtheid met
de proctorproef, traditioneel een aardig beeld
worden gekregen van de kwaliteit van een zandbed. Koac•NPC heeft met behulp van recent ont-
Lab versus veld
Uit een analyse blijkt dat de LWD-stijfheden in
het veld dicht tegen de waarden aanliggen die
in het laboratorium zijn gevonden, bijvoorbeeld
in een testbak, zolang het vochtgehalte dicht tegen het optimum vochtgehalte ligt.
De tabel laat zien dat voor een fijn zand bij
vochtgehalten aan de natte zijde van het optimum vochtgehalte de LWD-modulus in het veld
sterker daalt met toenemend vochtgehalte dan
in het laboratorium werd geconstateerd. In het
veld is het vochtgehalte in de bovenste centimeters van een zandbed vaak hoger dan op iets
grotere diepte.
De geofoon en het gat in het centrum van de
voetplaat zijn erg gevoelig voor deze situatie.
Door de plaatselijke natte toestand wordt door
de bovenste vochtige laag een gereduceerde
oppervlaktemodulus gemeten.
5
5,8
6,0
6,2
6,4
6,6
6,8
7,0
7,2
7,4
Kracht PRIMA100 LWD (kN)
Relatie tussen Prima 100 LWD versus Zorn FWD.
Christ van Gurp is manager Ontwikkeling en Kwaliteit bij Koac•A1PC.
LAN D+WATER NR. 3 - MAART 2015 21