Vandaag richt Savo Kusić zich op houten ramen, hout-aluminium ramen, op maat gemaakte ramen, deuren en offerteaanvragen. Deze tekst blijft een technisch archief en is geen aanbod voor geotechnisch ontwerp, laboratoriumonderzoek of grondwerken.
Fasen van materialen in de bodem
Bodem bestaat uit drie fasen: vast, vloeibaar en gasvormig. De vaste fase wordt weergegeven door vaste deeltjes, vloeibaar water en de gasfase door gesloten lucht of waterdamp in de bodemporiën.
Bepaalde grondsoorten kunnen uit één, twee of drie fasen bestaan, wat betekent dat de samenstelling van de bodem een eenfasig, tweefasig of driefasig systeem kan zijn. De fysische eigenschappen van de bodem zijn afhankelijk van individuele fasen.
Incoherente grond, zoals volledig droog zand of grind, bestaat uit slechts één fase: vaste deeltjes. De lucht die zich in de poriën van die grond bevindt, is niet gesloten en verzet zich niet tegen de beweging van vaste deeltjes, dus het kan niet als een fase worden beschouwd.
Vochtige samenhangende grond boven de grondwaterspiegel, die bestaat uit vaste deeltjes en gesloten poriën, deels gevuld met water en deels met lucht of waterdamp, is de grond van het driefasensysteem. Bij bewegende vaste stoffen zijn water en lucht in de bodemporiën tegelijkertijd tegengesteld.
De grond onder de grondwaterspiegel, waarvan de poriën volledig gevuld zijn met water, zodat er geen lucht of waterdamp in zit, is een tweefasensysteem. Er wordt aangenomen dat de bodem in de diepere lagen een tweefasensysteem is, omdat de gesloten lucht in de poriën van de bodem op grotere diepte geen noemenswaardige invloed heeft op de fysische eigenschappen ervan, die in dat geval worden bepaald door de eigenschappen van de vaste en vloeibare fasen.
Granulometrische samenstelling
Vaste ingrediënten van de bodem zijn minerale of organische stoffen van verschillende groottes, variërend van grote kiezelstenen en blokken, ter grootte van honderden en duizenden millimeters tot de grootte van één molecuul. Zoals je weet is een molecuul een miljoenste millimeter, één millimicron. De kleinste grootte van vaste stoffen in de bodem wordt beschouwd als 20 mof micron.
De grootte van vaste bodemdeeltjes heeft een zeer grote invloed op de fysische eigenschappen ervan. Deze grofheid wordt uitgedrukt door de granulometrische samenstelling, die de verhouding weergeeft van de individuele korrelgroottes in gewichtsdelen tot het totale gewicht van de grond. De verdeling van de bodem op basis van de korrelgroottesamenstelling is in verschillende landen verschillend. Onze verdeling is als volgt:
Deeltjesgroottelimieten
Grootte 2 mm – grens tussen grofkorrelige en fijnkorrelige bodemsamenstelling. Vaste deeltjes tot 2mm tonen de capillaire opstijging van water in de bodem. De grofkorrelige grond heeft geen capillariteit.
Grootte 0,2 mm – grens tussen grofkorrelig (scherp) en fijnkorrelig (zacht) zand.
Grootte 0,02 mm - de limiet waarbinnen individuele korrels in de grond met het blote oog kunnen worden herkend.
Grootte 0,002 mm – grens tussen losse grond en klei
Grootte 0,0002 mm – grens tussen klei en colloïdale klei.
Vaste ingrediënten hieronder 0,002 mm hebben een grote invloed op de fysische eigenschappen van de bodem. Deze ingrediënten geven cohesie aan de bodem, en als ze kleiner en overvloediger in de bodem voorkomen, is de samenhang van de bodem groter. De bodemcohesie hangt echter ook af van de minerale samenstelling van vaste deeltjes kleiner dan 0,002 mm. Als deze deeltjes worden gevormd door de ontbinding van zeer harde mineralen zoals kwarts, dan is hun cohesie zeer laag of onbestaande, en is hun waterabsorptie ook relatief laag. Als de deeltjes onder 0,002 mm zijn ontstaan door de ontbinding van kleimaterialen, dan hebben ze bindingseigenschappen die des te sterker zijn als de deeltjes kleiner zijn, terwijl de waterabsorptie van dergelijke deeltjes erg hoog is.
De korrelgroottesamenstelling van de bodem levert belangrijke en betrouwbare gegevens op over enkele van de fysische eigenschappen ervan. Als kleideeltjes onder 0,002 mm in de bodem voorkomen, kan al worden geconcludeerd dat een dergelijke bodem plastisch, coherent, hygroscopisch is, een hoge capillariteit heeft, een lage permeabiliteit heeft en een lage interne wrijvingshoek heeft.
De granulometrische samenstelling van de grond wordt weergegeven door de lijnen van de granulometrische samenstelling (fig. 1).
Afb. 1 - Lijnen van granulometrische bodemsamenstelling: 1-grindachtig zand; 2-stoffig zand; 3-zandig stof; 4-kleigrond; 5-klei
De ordinaatlijn van de granulometrische samenstelling toont de gewichtsfractie van vaste deeltjes die kleiner is dan de diameter weergegeven door de abscis van het gegeven punt. Op punt A van de lijn 4 laat de ordinaat bijvoorbeeld zien dat er 92% deeltjes zijn die kleiner zijn dan 2 mm, en dat de overige 8% groter zijn dan 2 mm.
Bodemclassificatie volgens korrelgroottesamenstelling
Bodems die vaste deeltjes bevatten die groter zijn dan 2 mm worden geclassificeerd volgens de algemene indeling van de grond naar granulometrische samenstelling, weergegeven in Fig. 1. Daarbij wordt degene die het meest vertegenwoordigd is in de bodem als basisfractie aangenomen, terwijl de andere aanvullend zijn. Als de algemene granulatie van de grond bijvoorbeeld voornamelijk bestaat uit zand met een kleinere hoeveelheid grind, dan wordt dergelijke grond geclassificeerd als grindachtig zand, terwijl het tegenovergestelde zandgrind zou zijn. In de classificatie kunnen ook de aandelen van individuele fracties in de bodem worden aangegeven. Als een bodem bijvoorbeeld 15% klei, 45% stof, 30% zand en 10% grind bevat, kan deze worden geclassificeerd als kleigrond met 15% klei en 10% grind.
Voor fijnkorrelige bodems die vaste deeltjes bevatten die kleiner zijn dan 2 mm, wordt de classificatie op basis van hun granulometrische samenstelling echter meestal gedaan volgens een driehoekig diagram. Er zijn verschillende van dergelijke diagrammen, waarvan we de meest basale zullen noemen, afkomstig van het Amerikaanse Bureau of Soils, fig. 4. 2.
Afb. 2 - Driehoekig diagram van het Amerikaanse Bureau of Soil
Het diagram bestaat uit drie coördinaatassen gevouwen in een gelijkzijdige driehoek, waarbij elke as één fractie vertegenwoordigt, namelijk zand, stof en klei in gewichtspercentages van de gehele bodemmassa. Het oppervlak van het diagram is verdeeld in 10 zones, die elk een afzonderlijk type grond vertegenwoordigen. Elke zijde van de driehoek vertegenwoordigt een abscis waarvan de ordinaat evenwijdig aan de andere twee abscis is verhoogd.
Elk punt in dit diagram heeft 3 coördinaten die de percentages van de gespecificeerde 3 fractie in een bepaalde bodem vertegenwoordigen en het bodemtype bepalen. Punt M op het diagram vertegenwoordigt dus bijvoorbeeld klei. Het wordt verkregen op de manier dat uit het diagram van de granulometrische samenstelling Fig. 1 bepaal de afzonderlijke fracties, wat in dit geval zou zijn (lijn 4 in Fig. 1): 35% klei, 25% stof, 40% zand, terwijl de hoeveelheid 8% grind wordt verwaarloosd omdat deze minder dan 10%.
Deze classificatie verwijst naar de zand-, stof- en grindfracties volgens de Amerikaanse indeling, maar wordt nog steeds als zodanig overgenomen vanwege de vergelijkende waarden en ervaring die zij heeft met een dergelijke classificatie.
Mate van oneffenheid van de bodem
Volgens Allen Hazen is de mate van bodemoneffenheid de verhouding (fig. 3)
U=d60/d10
waarbij d60 de korreldiameter is die overeenkomt met de ordinaat 60%, en d10 de korreldiameter is die overeenkomt met de ordinaat 10%.
Voor U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
voor U = 5 – 15 de grond heeft een matig ongelijke samenstelling,
voor U > 15 heeft de grond een ongelijkmatige samenstelling.
Als de lijn van de granulometrische samenstelling steil is, is de waarde van de mate van oneffenheid U klein, terwijl die voor een vlakke lijn groot is. De kleinste waarde voor U is 1. Als de lijn van de granulometrische samenstelling vlakker is, is de waarde van U hoger. Voor zand is dit meestal U=1-15, voor kleigronden U=10-90, maar voor gronden met een zeer ongelijkmatige samenstelling kan U zeer hoge waarden hebben.
Afb. 3 - Bepaling van de korreldiameter d60 en d10
Filterregel
Deze regel is gebaseerd op de korrelgroottesamenstelling van het filter, waarvan de taak is om de hydraulische gradiënt bij het contact tussen de grond en de stenen drainagelaag te verminderen met de overgangskorrelgrootte, om te voorkomen dat kleine gronddeeltjes door grondwater worden gewassen. De basisvoorwaarden waaraan de filterlaag moet voldoen zijn dat deze waterdoorlatend en stabiel is.
Er zijn verschillende regels voor de filtersamenstelling, waarvan alleen de regel van Terzaghi hier als de meest bekende zal worden vermeld.
Terzaghi’s regel
Terzaghi’s regel luidt: De granulatie van het filter moet zodanig zijn dat de korrels ervan bij een hoeveelheid van 15% gewichtsdelen van de gehele filtermassa (F15) minstens 4 maal groter zijn dan de grootste deeltjes van de grond waarop het filter rust (bases) bij een hoeveelheid 15% gewichtsdelen delen van de basis (B15) zonder groter te zijn dan 4 maal B85, d.w.z. de grootte van de kleinste deeltjes bij 85% gewichtsdelen van de basis. Deze regel kan worden uitgedrukt door de relaties:
F15/B15 > 4 en F15/B85 < 4.
De eerste verhouding zorgt voor de waterdoorlatendheid van het filter, terwijl de tweede de stabiliteit ervan garandeert.
Afb. 4 - Terzaghia-filterregel
De kleinste en grootste deeltjes van de basis worden weergegeven in Fig. 4 grenslijnen 1 en 2. De limietlijnen van het filter zijn 3 en 4. De voorwaarde F15 > 4_B15_ wordt weergegeven door punt a op de grenslijn 3, de voorwaarde F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Het wordt aanbevolen dat de lijn van de granulometrische samenstelling van het filter ongeveer parallel loopt aan de lijn van de granulometrische samenstelling van de basis.
In plaats van twee extreme lijnen van de granulometrische samenstelling van de basis zoals in Fig. 4, kan één regel met gemiddelde granulatie zijn. In dat geval liggen de punten B15 en B85 op dezelfde lijn (zoals in figuur 5).
Meestal is het verschil in granulatie tussen de basis en de drainagelaag zodanig dat één filterzone niet voldoende is voor de overgang tussen de basis en de laag. In dit geval bestaat het filter uit meerdere filterzones, die volgens dezelfde regel worden bepaald, totdat de grootste korrelgrootte van de drainageafzetting is bereikt.
Afb. 5 - Voorbeeld van berekening van filterlagen
De vermelde indelingen, limietgroottes en regels zijn overgenomen uit een historische bron en zijn geen vervanging voor een actuele geotechnische classificatie, laboratoriumrapport, filterontwerp of prestatieplan. Het eigenlijke bodem- en drainagesysteem vereist representatieve bemonstering, passende testen, controle van ondergronds en oppervlaktewater, erosie en interne stabiliteit, evenals een beoordeling door een geautoriseerde deskundige volgens de huidige regelgeving en voorwaarden van het specifieke project.