Inleiding tot kennis van de bodem - grondonderzoek: Bouwkundig detailleren

Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper:

Inleiding tot kennis van de bodem - grondonderzoek.

Voor de volgende onderwerpen ga naar:

algemeen;
verzamelen van gegevens;
onderzoek op geringe diepte;
grondboringen;
sonderingen;

grond-, korrel-, en waterspanningen (algemeen);
berekening spanningen.

bron: dictaat Inleiding Waterbouwkunde (ir. Koelman) en gemaakte aantekeningen HTS 1979.

Algemeen:

Bij het ontwerp van een gebouw moet vóór alles de hoedanigheid van de grond bekend zijn, zodat men bij het construeren en ontwerpen van de fundering weet, welke mogelijkheden van funderen er zijn en welke belastingen men door middel van die fundering van het bouwwerk op de ondergrond kan en mag overbrengen.

Soms geschiedt het benodigde terreinonderzoek hiervoor op onvoldoende wijze, waardoor tijdens de uitvoering of na het gereedkomen van het werk problemen ontstaan. Het is dan echter te laat om nog eenvoudige maatregelen te treffen en moeten er grote kosten voor de noodzakelijke wijzigingen worden gemaakt.
Om economische redenen moet evenwel de omvang van het benodigde onderzoek in redelijke verhouding staan tot het werk.

Het terreinonderzoek dient erop gericht te zijn antwoord te kunnen geven op vragen, welke zich bij het ontwerp van het werk voordoen, zowel betreffende de uitvoering als de toekomstige bruikbaarheid en houdbaarheid.
Ook is het nodig rekening te houden met latere uitbreidingen daar de funderingswijze hierdoor kan worden beïnvloed.

Enkele begrippen:

Ongeroerde grond:
Hieronder verstaat men de massa, die door verwerinq of omzetting ter plaatse is gevormd of door werking van water, wind of ijs ( erosie) haar plaats heeft bereikt.

Geroerde grond:
Hieronder verstaat men de massa, welke is vergraven of opzettelijk vervoerd.

Verdichte grond:
Vaak worden grondophogingen of aanvullingen verdicht om de klink of de doorlatendheid te verminderen, of om de vastheid t.b.v. funderingen te vergroten.

het onderwerp "grondverbetering" bij het onderdeel "Funderingen"

Uitlevering en inklinking:
Wanneer je een gat in ongeroerde grond graaft, dan zal de uitkomende geroerde grond een groter volume hebben.
Men noemt dit uitleveren van grond.
Na verloop van tijd zal de los opgeworpen ophoging door het eigen gewicht, atmosferische invloeden e.d. dichter ineengepakt worden, hetgeen men inklinking noemt.
Zou men deze grond opnieuw in het gat storten en zoveel mogelijk trachten te verdichten, dan ontstaat er een volume dat kleiner is dan het oorspronkelijke volume.
Bij het verrichten van ophogingen zullen we met deze verschijnselen rekening moeten houden.

Zetting:
Een bodem die uit een of meer verschillende grondlagen bestaat zal, indien daarop een belasting wordt aangebracht, in meerdere of mindere mate worden samengedrukt of samengeknepen. Men noemt dit het zetten van de grond.

Natuurlijke hellingshoek of natuurlijk talud:
Wordt grond op een hoop geworpen, dan nemen de kanten een zekere helling aan.
De grootste hoek waaronder een grondsoort aan zichzelf overgelaten op den duur blijft staan, gemeten ten opzichte van het horizontale vlak, noemen we de natuurlijke hellingshoek.
De grootte van deze hoek hangt af van de aard van de grond, of deze korrelig of meer samenhangend is, en ook in hoge mate van het vochtgehalte van de grond.
Bij een hoog watergehalte zal de hoek zeer klein zijn, bij een gering vochtgehalte daarentegen groter dan in droge toestand, doordat dan de gronddeeltjes door capillaire invloeden worden vastgehouden.

het onderwerp "open ontgraving" bij het onderdeel "Grondwerken / bouwput"

polytechnisch zakboekje 1965

Verzamelen van gegevens:

De architect van een bouwwerk draagt de hele verantwoording voor een ontwerp inclusief de constructie en de uitvoering en dus derhalve dus ook voor de fundering. Vaak zal hij zich wenden tot specialisten die verbonden zijn aan een ingenieursbureau om de fundering te laten ontwerpen. Het is dan het ingenieursbureau dat mede opdracht geeft, tot terreinonderzoek.

De manier waarop en tot welke grootte dit grondonderzoek plaats vindt, is afhankelijk van de omvang van het gebouw en van de wijze van uitvoering.

Verzamelen van gegevens via archieven.

Vaak is het mogelijk, archiefgegevens van reeds ter plaatse of in de naaste omgeving verricht grondonderzoek te raadplegen.

Verzamelen van gegevens via geologische kaarten, luchtfoto’s, etc.

Vaak kan men uit de gegevens van geologische kaarten, voor een eerste algemene indruk van het terrein, reeds afleiden in welke volgorde en op welke diepte bepaalde grondsoorten zullen worden aangetroffen.
Bij de bestudering van oude luchtfoto's, bodemkaarten, gemeente archieven, etc, kan men bovendien een goed inzicht verkrijgen in de ligging van bepaalde grondlagen en achterhalen of oude waterlopen, funderingen, etc. voorkomen.

Bezichtiging van het bouwterrein

en opneming van de hoedanigheid van ter plaatse, of in de omgeving, staande gebouwen en bomen is zeer nuttig. In hoofdzaak is het verkennen van de grond onder te verdelen in:

onderzoek op geringe diepte, dat alleen mogelijk is als de draagkrachtige grond op geringe diepte onder het maaiveld ligt;
grondboringen, waarbij de grond in monsters aan de oppervlakte wordt gehaald;
sonderingen, waarbij de grond wordt afgetast op de weerstand;
diverse metingen, als peilbuiswaarnemingen, waterspanningsmetingen, proefbelastingen e.d. Het meten van waterspanningen en waterdoorlatendheid is vooral van belang bij kwel en bronbemalingsvraagstukken.
Proefbelastingen worden alleen toegepast in gevallen waarop anderfe wijze geen goed inzicht kan worden verkregen in het draagvermogen.
Deze methode geeft slechts informatie over die ene plaats waar men de belasting uitvoert.

Onderzoek op geringe diepte:

Voor een onderzoek van de bovenste grondlagen kunnen de volgende primitieve middelen worden toegepast, waardoor een summier inzicht in de grondgesteldheid kan worden verkregen.

grondonderzoek Het graven van een put.
Hierbij krijgen we direct een oordeel omtrent de soort grond, zijn hardheid, watergehalte enz. Een bezwaar is, dat we slechts tot beperkte diepte een put kunnen graven, doordat we al gauw last ondervinden van het grondwater en van het inkalven van de wanden.

Grondonderzoek met een visiteerijzer.
Reeds lang is in de techniek het verkennen van de grond in het terrein d.m.v. sonderingen bekend.
Met het visiteeriizer, een eenvoudige, gepunte staaf die men door herhaald op en neer bewegen in de grond bracht, kon men de grond tot op iets grotere diepte (4 à 5 m minus maaiveld) dan de gegraven put onderzoeken.

Zodra men de staaf niet, verder kon induwen meende men de z.g. "vaste plaat", waarop kon worden gebouwd, te hebben bereikt.
Het spreekt vanzelf, dat veel ervaring nodig was om met behulp van het visiteerijzer enigszins een juist oordeel te krijgen omtrent de samenstelling van de bodem.

Het visiteerijzer wordt in de huidige bouwpraktijk niet meer gebruikt.

Grondboringen:

Een wat nauwkeuriger onderzoek omtrent de in de bodem tot een bepaalde diepte aanwezige grondsoorten en de dikte van deze lagen, kan gebeuren door middel van een grondboring.
Hierbij wordt een grondboor (met vorm afhankelijk van de te verwachten grondsoort) met behulp van een stang al draaiende met de hand in de grond gedrukt.

De diepte waartoe dit mogelijk is, ca 2 à 3 m, hangt af van de grondsoorten en aanwezige grondwaterstand.
Voor grondonderzoek op grotere diepte zal het boorgat, vooral in het grondwater, spoedig invallen. We moeten de wanden van het boorgat dan bekleden met een voerbuis.

Worden de grondlagen in de buis zeer slap, onsamenhangend of sterk waterhoudend hetgeen bij het bereiken van het freatisch vlak veelal zal geschieden, dan moet voor het boren de puls worden gebruikt; dít is een zware stalen buis welke van onderen van een scherpe rand is voorzien, terwijl hier ook een klep is aangebracht om de aanwezige grond in de voerbuis omhoog te brengen.

Met pulsboringen krijgen we geen nauwkeurige indruk van de ondergrond, omdat door het pulsen de grond wordt geroerd, waardoor de eigenschappen ervan in meer of minder sterke mate veranderen.
Om een ongeroerd monster te krijgen, hetgeen van groot belang is voor laboratoriumonderzoek van de grond, moeten we een daarvoor bestemd steekapparaat gebruiken.

grondonderzoek

Sonderingen:

Door sonderingen krijgen we geen inzicht in de aard, de structuur enz. van de grond, maar we vinden alleen het draagvermogen, de vastheid ervan.
We bepalen daartoe de kracht, die nodig is door een staaf met kegelvormige punt in de grond te laten dringen.
De resultaten van een sondering worden weergegeven in een sondeerdiagram.

We kunnen de sonderingen onderverdelen in:

lichte sonderingen;
middelzware sonderingen;
zware sonderingen.

Grond-, korrel-, en waterspanningen (algemeen):

Bij het berekenen van spanningen in de grond. heeft men aanvankelijk getracht tot een oplossing te komen door grond. als een homogeen materiaal voor te stellen. Het mechanisch gedrag van grond. bleek met deze benaderingswijze niet te verklaren.

grondonderzoek Zie figuur.

Het is duidelijk dat de drie hoofd componenten waaruit grond bestaat (korrels,water, lucht) in de beschouwingen moeten worden opgenomen.
Deze drie componenten hebben echter zeer verschillende eigenschappen:

water;
= vloeistof, dus onsamendrukbaar (de druk plaatst zich alzijdig voort)
lucht;
sterk samendrukbaar onder verhoging van de druk
korrels;
soms samendrukbaar

Beschouwd wordt het hypothetische geval dat grond alleen uit korrels bestaat (dus zonder water en lucht );
Op de contactpunten van de korrel werken krachtjes die de korrel in evenwicht houden.

grondonderzoek In het doorsnijdingsvlak B-B werkt de kracht F die de sommatie is van alle spanningen in dit vlak.
De kracht F maakt evenwicht met de boven dit vlak werkende krachten.

Omdat het onmogelijk is om per korrel de erop werkende exacte spanningen te berekenen door verschillende korrelvorm en verschillende korrelstapeling worden de resulterende spanningen per eenheid van oppervlak beschouwd.
Dit zijn dus rekenspanningen die met de werkelijke optredende spanningen niet overeensternmen !

Maken we het beeld compleet door ook het (grond)water in de beschouwing mee te nemen dan zien we het volgende.

De korrel blijft in evenwicht onder de waterspanningen.

De krachten op de contactpunten van de korrels, ontstaan door het eigen gewicht van de bovenliggende korrels, ondergaan geen wijziging.
Hieruit volgt dat deformatie van het korrelskelet wordt veroorzaakt door de krachten op de contactpunten !

grondonderzoek

Het korrelsysteem blijft zich gedragen naar de krachtjes op de contactpunten als getekend bij droge korrel (zie figuur).

Berekening spanningen:

droge grond en droge grond met bovenbelasting:

natte grond (geheel en gedeeltelijk met water verzadigd):

Deze ontstaat door het opvullen van de poriën met water.
Het gevolg is dat het volumegewicht toeneemt. De grootte hiervan is afhankelijk van het poriënvolume.
Voor het berekenen van volumegewichten is het nodig om het poriëngehalte te kennen en het volumegewicht van de vaste stof en het water. enige poriëngehalten:

zand :   25 - 45 %
grind :  20 - 30 %
klei:      40 - 70 %
veen :   tot 90 %

Door het zakken van de grondwaterstand neemt de korrelspanning toe !
Daar de korrelopbouw verandert met de korrelspanning (skelet wordt meer in elkaar gedrukt) zal er deformatie oftreden ofwel inklinken van de bodem.

detailleren
skelet:
draagstructuur
funderingen en kelders

Bouwkundig detailleren voor tekenaar en ontwerper: