Capillaire stijghoogte en waterhuishouding van funderingsmaterialen in de weg- en woningbouw
Het begrip capillaire stijghoogte speelt een cruciale rol in de keuze van funderingsmaterialen bij zowel weg- als woningbouwprojecten. Deze stijghoogte geeft aan hoe ver vocht in een materiaal kan opstijgen onder invloed van capillaire krachten. Dit heeft directe gevolgen voor de waterhuishouding van constructies, de mogelijkheid van vorstschade en de duurzaamheid van funderingsmaterialen. In dit artikel worden de relevante aspecten van capillaire stijghoogte belicht aan de hand van gegevens uit betrouwbare bronnen. Bovendien wordt ingegaan op de invloed van korrelverdeling, vochtspanning en het gebruik van specifieke proeven voor bepaling van deze parameters.
Capillaire stijghoogte en haar afhankelijkheid van korrelverdeling
Capillaire stijghoogte is een maat voor de mate waarin vocht in een funderingsmateriaal kan stijgen door capillaire krachten. Deze hoogte is sterk afhankelijk van de korrelverdeling van het materiaal. Hoe fijner de korrelverdeling, hoe hoger het capillaire netwerk en dus hoe hoger het vocht kan opstijgen. Dit is belangrijk bij het ontwerp van wegen, waarbij het weglichaam boven de grondwaterstand moet blijven om schade te voorkomen.
De capillaire stijghoogte kan worden geschat met de volgende formule:
$$ hc = \text{capillaire stijghoogte in meters} $$
$$ d{50} = \text{diameter van de denkbeeldige zeef waar 50% van het materiaal doorgaat in micrometer} $$
In de praktijk geldt dat zand met een capillaire stijghoogte van ongeveer 0,55 meter een gangbare ontwerpwaarde is. Dit betekent dat bij een correct gekozen zand voor zandbed of ophoging, de capillaire stijghoogte voldoende is om te zorgen voor drooglegging boven de grondwaterstand.
Invloed van vochtspanning en vochtspanningskarakteristiek
De relatie tussen vochtgehalte en pF-waarde wordt beschreven door de zogenaamde pF-curve of vochtspanningskarakteristiek. Deze curve geeft aan hoe het vochtgehalte verandert bij verschillende pF-waarden, wat aansluit bij de zuigkracht die nodig is om het water uit de poriën van het materiaal te trekken.
In het geval van zand is de pF-curve typisch gestructureerd in drie zones: een verticaal stijgende gedeelte bij lage pF-waarden, een horizontaal deel (de "zitting van de stoel") bij hogere waarden, en een eventueel dalend gedeelte. Voor funderingsmaterialen zoals zand wordt de capillaire stijghoogte vaak gedefinieerd als de hoogte waarbij het vochtgehalte gelijk is aan het optimumvochtgehalte, zoals verkregen uit de normale proctorproef. Bijvoorbeeld, als het optimumvochtgehalte 12,5% is, correspondeert dit met een pF-waarde van 1,5, wat overeenkomt met een capillaire stijghoogte van ongeveer 32 cm of in praktische termen 0,3 meter.
De vochtspanningskarakteristiek vormt dus de basis voor het bepalen van de capillaire stijghoogte. Deze karakteristiek kan worden gemeten via proeven zoals de RAW2015 proef 105 of de NEN-EN 1097-10. Bij de RAW-proef wordt een monster van ongeveer 1 kg voorzichtig verdicht in drie lagen en verder verwerkt tot een verzadigd monster. Deze proeven geven inzicht in de capillaire eigenschappen van het materiaal en zijn essentieel voor het ontwerp van drooglegging.
Opbolling van de grondwaterspiegel
Naast capillaire stijging kan de grondwaterspiegel ook opbollen door infiltratie van regenwater. Dit gebeurt vooral in de zone tussen de grondwaterstand en de wegverharding. De mate van opbolling is afhankelijk van het type materiaal dat in deze zone aanwezig is. De volgende indicaties zijn beschikbaar:
Materiaal | Globale opbolling grondwaterspiegel (m) |
---|---|
Gebonden fundering | 0,0 |
Ongebonden/zelfbindend grof granulair mineraal-aggregaat | 0,1 |
Zand | 0,2 |
Deze opbolling kan leiden tot een tijdelijke toename van de grondwaterstand, wat kan invloeden hebben op de drooglegging en eventueel tot schade kan leiden. Daarom is het belangrijk om in rekening te brengen hoe water afwaterd in het ontwerp van funderingen en wegen. De opbolling wordt globaal bepaald op basis van het materiaaltype en wordt meestal niet uitgebreid berekend in het kader van scoresystemen voor drooglegging.
Drooglegging en vorstindringingsdiepte
Voor het voorkomen van vorstschade is het essentieel dat de drooglegging van het constructieelement groter is dan de vorstindringingsdiepte. Deze diepte is afhankelijk van de maatgevende winter, de overschrijdingskans en de regio in Nederland. In het 'Keuzemodel wegconstructies' (KMW 1.1) wordt voor lagere-ordewegen (wegtypen 3 en hoger) een maatgevende winter van eenmaal per 10 jaar gebruikt.
De volgende tabel geeft de vorstindringingsdiepte weer afhankelijk van de regio en de overschrijdingskans:
Regio | Vorstindringingsdiepte (m) bij overschrijdingskans |
---|---|
Smalle kuststrook | 10 jaar: 0,5 m, 20 jaar: 0,7 m, 30 jaar: 0,95 m, 40 jaar: 1,0 m |
Zuiden en westen | 10 jaar: 0,5-0,6 m, 20 jaar: 0,7-0,9 m, 30 jaar: 0,9-1,0 m, 40 jaar: 1,0-1,1 m |
Midden en noordoosten | 10 jaar: 0,6-0,7 m, 20 jaar: 0,8-1,0 m, 30 jaar: 1,0-1,1 m, 40 jaar: 1,1-1,2 m |
Uiterste noordoosten | 10 jaar: 0,6-0,7 m, 20 jaar: 0,8-1,0 m, 30 jaar: 1,1-1,2 m, 40 jaar: 1,2-1,3 m |
Deze dieptes zijn cruciale parameters bij het ontwerp van funderingen en wegen, aangezien een onvoldoende drooglegging kan leiden tot verwoestende vorstschade.
Waterdoorlatendheid van funderingsmaterialen
De waterdoorlatendheid van een funderingsmateriaal beïnvloedt ook de capillaire stijghoogte en het droogleggingsvermogen. Deze doorlatendheid kan worden bepaald op basis van de korrelverdeling en de holle ruimte in het materiaal. Hoe fijner het materiaal (dus hoe verder de zeefkromme naar links ligt), hoe minder doorlatend het is. Een steile zeefkromme (uniforme korrelverdeling) geeft aan dat het materiaal goed doorlatend is, wat gunstig is voor het afwateren van regenwater maar minder gunstig voor de sterkte en stijfheid van de fundering.
De uniformiteitscoëfficiënt $ Cu $ geeft aan hoe breed de korrelverdeling is. Voor een goede waterdoorlatendheid is het wenselijk dat $ Cu $ niet groter is dan 25. Een lage waarde van $ C_u $ werkt positief op de doorlatendheid, maar negatief op de sterkte. Dit is een belangrijke overweging bij het kiezen van funderingsmaterialen in combinatie met capillaire stijghoogte.
Proeven en bepalingen in de praktijk
In de praktijk worden verschillende proeven gebruikt om de capillaire stijghoogte en de vochtspanningskarakteristiek van funderingsmaterialen te bepalen. De RAW2015 proef 105 en de NEN-EN 1097-10 zijn de meest gebruikte methoden. Deze proeven geven inzicht in het gedrag van het materiaal onder droge en verzadigde condities. De RAW-proef bijvoorbeeld vereist het gebruik van een stalen vorm van 50 mm diameter en het verdichten van het materiaal in drie lagen van ongeveer 20 mm dik.
Deze proeven zijn essentieel voor het bepalen van de capillaire stijghoogte en het vochtgehalte onder verschillende pF-waarden. Het resultaat wordt meestal geïnterpreteerd in combinatie met de vochtspanningskarakteristiek om een betrouwbare waarde van de capillaire stijghoogte te verkrijgen.
Toepassing in de woningbouw
Hoewel de gegevens voornamelijk gericht zijn op de wegconstructie, zijn de principes van capillaire stijghoogte ook van toepassing in de woningbouw. In bijvoorbeeld fundamenten en grondvloeren kan capillaire opstijging van vocht leiden tot vochtproblemen en schimmelvorming. Daarom is het belangrijk om funderingsmaterialen te kiezen die een voldoende capillaire stijghoogte hebben om het vocht op te vangen en te beperken.
Bij woningbouwprojecten is het ook essentieel om rekening te houden met de drooglegging boven de grondwaterstand en de mogelijkheid van vorstindringing. De keuze van funderingsmaterialen dient dan ook rekening te houden met de regio, het klimaat en de verwachte belasting van de constructie.
Conclusie
Capillaire stijghoogte is een cruciale factor bij het ontwerp en de uitvoering van funderingsmaterialen in zowel de weg- als de woningbouw. De hoogte waarin vocht in een materiaal kan opstijgen hangt af van de korrelverdeling, de vochtspanning en de doorlatendheid. Deze parameters zijn essentieel bij het voorkomen van vochtproblemen, vorstschade en het waarborgen van de duurzaamheid van constructies.
Met behulp van gestandaardiseerde proeven zoals de RAW2015 proef 105 en de NEN-EN 1097-10 kan de capillaire stijghoogte nauwkeurig worden bepaald. Dit zorgt voor betere voorspellingen en keuzes bij de bouw. De kennis van de vorstindringingsdiepte en de opbolling van de grondwaterspiegel is daarnaast essentieel voor een robuust en duurzaam ontwerp.
Bronnen
Related Posts
-
A6-snelwegfundering onder reparatie: Duurzaam alternatief en herstelmethodieken
-
Fundering voor 8 meter hoog huis: Uitleg, aanbevelingen en technische aspecten
-
Funderingen en hun rol in de bouw: Belang, aandachtspunten en herstelopties
-
Fundering in de Bouw: Soorten, Materialen en Keuzes voor Stabiele Constructies
-
Funderingstechnieken en Materialen voor Vastgoedontwikkeling en Verbouwing
-
Fundering en constructie van 2-onder-1-kap woningen: Belangrijke aandachtspunten en stappenplan
-
Funderingsfouten in nieuwbouw: Wat gebeurt er als een fundering 180 graden verkeerd gedraaid wordt?
-
Funderingskosten voor een aanbouw van 16 vierkante meter: factoren, prijsindicaties en praktische stappen