Wat is verdichten

Het aanbrengen van bruikbaar zand in het zandbed en in een voldoende dik pakket, is een belangrijke zaak. Het goed verdichten van het aangebrachte zand is zo mogelijk nog belangrijker. Een stabiel zandbed wordt in de eerste plaats verkregen door een goede korrel opbouw, maar zeer zeker ook door een goed resultaat van verdichten. In de natuur en na verloop van tijd vindt verdichting vanzelf plaats door de werking van weersinvloeden en krachten. In de weg- en waterbouwkunde wordt het verdichten geforceerd en kunstmatig mechanisch gedaan. Dit kan op drie manieren:

  1. Statisch: dat wil zeggen dat de massa/gewicht in de vorm van druk op het zand wordt benut
  2. Vibrerend, waarbij de statische druk wordt gecombineerd met trillen (dynamische kracht)
  3. Impact: de druk, kracht of het effect wordt gerealiseerd met slaan of stampen

De werktuigen/machines in de praktijk maken meestal gebruik van een combinaties van statische, vibrerende en impacte verdichtingsmethoden (voor andere methoden van verdichting zie paragraaf 3.4.2: plempen en inwateren).

De mate van verdichting van de ophoging, het zandbed en een eventuele granulaat fundering in een weglichaam heeft grote invloed op de kwaliteit en de levensduur van de gehele wegconstructie. De ervaring heeft mij geleerd dat wanneer het in de praktijk fout gegaan is/was, het dan meestal te maken had met een (te) slechte verdichting.

Ongeroerd en geroerd

In natuurlijke, ongeroerde, toestand vertoont zand een grote variatie in dichtheid. Een en ander hangt samen met de geologische geschiedenis van het zand, de aard en samenstelling van de gesteente korrels, de wijze van afzetting en de gebeurtenissen daarna spelen alle een meer of min­der belangrijke rol bij de totstandkoming van deze natuurlijke dichtheid.

De dichtheid die ontstaat wanneer in de natuurlijke situatie van zand wordt ingegrepen in de vorm van ontgraving of verplaatsing wordt geroerde dichtheid genoemd. Indien die dichtheid ten opzichte van de oorspronkelijke, ongeroerde dichtheid, toeneemt spreken we van: verdichting, inklinking of zetting. Voor de afnemende dichtheid ten opzichte van de oorspronkelijke dichtheid worden uitdrukkingen gebruikt als losser worden en uitlevering. De dichtheid en dus ook het volume van ongeroerd natuurlijk zand zal na ontgraving altijd veranderingen ondergaan. Deze worden in sterke mate bepaald door de wijze van ontgraving en ophoging. Ook bij verdere (na)verwerking van de grond zullen veranderingen in dichtheid en volume afhankelijk zijn van de gevolgde werkwijze:

Verdichtingsgraad, Proctorproef en Troxler

Verdichten is het verminderen van het volume van zand- of steenachtige materialen en wordt toegepast bij funderingen, grondverbetering, zandophoging en zandaanvulling. Los zand bevat afhankelijk van de korrelsamenstelling circa 35% (vochtige)lucht. Door het inschikken van de korrels neemt de hoeveelheid lucht/vocht af en de dichtheid toe. Er kan zich ook echt (grond)water tussen de korrels bevinden, in dit geval moet dat water afgevoerd worden b.v. door drainage of bronbemaling. Zand waarin zich organische stoffen bevinden (klei of humus) is moeilijk te verdichten.

In Nederland wordt ter aanduiding van de mechanische kwaliteit van een zandmassa in de weg- en waterbouwkunde veelvuldig gebruik gemaakt van de verdichtingsgraad in % mpd (Maximum Proctor Dichtheid), dat wil zeggen de in-situ-dichtheid in relatie tot de maximum dichtheid. De maximum dichtheid, de referentie dichtheid, wordt aan de hand van een representatief monster van het betreffende zandmateriaal in het laboratorium bepaald volgens: de Proctorproef [1]. De verdichtingsgraad is dus gedefinieerd als de verhouding/quotiënt tussen de droge in-situ-dichtheid van het zandmateriaal en de betreffende referentie dichtheid. Dat wil zeggen dat de gemeten natte dichtheid gecorrigeerd wordt voor het vochtgehalte.

Ten gevolge van extreme verdichting kunnen daarbij in principe verdichtingsgraden ontstaan groter dan 100% mpd. In de praktijk betekent een adequate verdichting: een verdichtingsgraad overeenkomende met 95% mpd voor de onderfundering (ophoging) en 100% mpd voor de fundering van het zandbed [2].

Ook is het mogelijk om met een nucleair meetapparaat tijdens/na het verdichtingssproces de bereikte verdichtingsgraad te controleren. Deze nucleaire methode [3] (de zogenaamde Troxler-apparatuur) gebruikt een oppervlaktesonde en werkt voor de gehele verdichtingdiepte, snel, goedkoop en levert bovendien relatief nauwkeurige en reproduceerbare resultaten op, zoals het vochtgehalte. Ook wordt het zandbed bij de metingen minimaal verstoord.


[1] De Proctorproef is een proef die gebruikt wordt om de dichtheid van grondmonsters met elkaar te vergelijken en daarmee de sterkte en stabiliteit van het zand te bepalen. Op deze manier zijn we er zeker van dat bepaald zand in het werk niet overmatig zal gaan verzakken/zetten. Bij de Proctorproef wordt er eerst bepaald wat het vochtgehalte van de genomen zandmonsters is. Daarna vindt de verdichting van de monsters plaats met behulp van een stamper, die het monster laagsgewijs verdicht (door middel van 25 slagen van de 2,5 kg stamper bij een valhoogte van 30 cm). De resultaten worden met elkaar vergeleken en in een percentage mpd uitgedrukt.

[2] Ik hoorde onlangs nog van een collega dat vroeger de verdichting van het zandbed ook werd bepaald door middel van een carbid staafje. Het genomen zandmonster uit de zandbedding werd tezamen met een carbid staafje in een metalen fles gedaan, voorzien van een manometertje. Door het schudden van het zandmonster verpulverde het carbidstaafje en kon vervolgens in contact komen met het (overtollige) vocht in het zandmonster.
Het principe van deze meting berust dus op het vrijkomen van acetyleen (gas) wanneer calciumcarbide in contact komt met vocht. Door het vrijkomen van het gas stijgt de inwendige druk in de metalen fles, die aangegeven werd op de manometer en rechtstreeks werd omgezet in een vocht percentage (en dus kan worden vertaald in een verdichtingsgraad van het zandmonster/zandbedding). Overigens wordt de carbidmethode nog steeds gebruikt om vocht te traceren in hydraulisch gebonden vloeren en in de betontechniek en betontechnologie.

[3] De nucleaire meetapparatuur wordt ook gebruikt voor controle op de verdichting van granulaat, cementbeton en asfalt(beton). De tijdsduur voor de metingen kan worden ingesteld. Voor een goede precisie worden metingen aanbevolen met een duur van 1 minuut of langer. De meetdiepte kan op ‘automatisch‘of op ‘handmatig’ worden ingesteld, maar de automatische meetdiepte wordt aanbevolen. Op het apparaat moet het soort te meten materiaal worden ingesteld: bodem, asfalt, dunne laag. De meetdiepte is doorgaans groter dan de verdichtingsdiepte. Het apparaat moet weten of het te meten materiaal qua vochtgehalte meetgevoelig is. Na de meting volgen, na een standaardrekening van 240 seconden, de meetresultaten op het scherm. De verdichting wordt getoond in % mpd.