Waterhoudend vermogen (vervolg) - Eigenschappen van klei

In figuur 3.3 zijn enkele op dijken gemeten watergehalten van klei onder grasbekleding en de daarbij behorende zuigspanningen weergegeven.

Figuur 3.3: Zuigspanningen en watergehalten die zijn bepaald voor klei in bekledingslagen van dijken met gras in voorjaar, zomer en najaar.

Watergehalte versus Atterbergse grenzen

De Atterbergse grenzen (vloeigrens en uitrolgrens) zijn een maat voor de plastische eigenschappen van grond. Een belangrijke rol daarbij spelen de fysische eigenschappen van de vaste stof. In het algemeen wordt het waterhoudend vermogen van klei, zoals reeds eerder is genoemd, bepaald door de fysisch-chemische eigenschappen van water en vaste stof en door de vorm en grootte van de poriën. Bij zuigspanningen groter dan ongeveer 5 m waterkolom wordt de hoeveelheid water die klei vasthoudt voornamelijk bepaald door de eigenschappen van het oppervlak van de vaste stof. De grootte en vorm van poriën zijn dan relatief onbelangrijk. Het waterhoudend vermogen van klei bij zuigspanningen groter dan ongeveer 5 m waterkolom vertoont dan ook een samenhang met de Atterbergse grenzen.

Een afnemend watergehalte doet de stevigheid van verzadigde klei toenemen, ondermeer omdat de deeltjes dichter bij elkaar komen te liggen. Een verdergaande afname van het watergehalte leidt ertoe dat zo'n klei zich meer als plastische vaste stof gaat gedragen dan als dikke vloeistof. Het watergehalte waarbij tijdens kneden de overgang van dikke vloeistof naar plastische klei plaatsvindt, hangt vooral af van de hechting van water aan de deeltjes van die klei. Deze hechting kan ondermeer wijzigen door verandering in de samenstelling van ionen en moleculen. Het watergehalte bij die overgang is dan een aanwijzing van de hechting (direct en indirect) van water aan de deeltjes en wordt de vloeigrens genoemd. Deze geeft inzicht in de fysisch-chemische eigenschappen van het oppervlak van de vaste stof en van het water. Omdat civieltechnische eigenschappen een direkt verband met deze fysisch-chemische eigenschappen hebben, is de vloeigrens in de praktijk een nuttige klassificatieproef voor klei.

Als de klei nog droger wordt, komt men aan de grens waarbij geroerde cohesieve grond nog juist snel plastisch kan vervormen. Het watergehalte bij deze proef wordt de uitrolgrens genoemd. Deze klassificatieproef geeft eveneens inzicht in de binding tussen deeltjes waarbij water betrokken is. De uitrolgrens is relatief laag als de grond weinig deeltjes bevat die fijner zijn dan 10 tot 20 μm.

Het verschil tussen de vloeigrens en de uitrolgrens wordt de plosticileitsinclex (Ip) genoemd. Deze waarde geeft inzicht in de mate waarin de klei gevoelig is voor verschillen in watergehalte. Bij zandige klei is de vloeigrens relatief laag. Meestal is de plasticiteitsindex dan ook laag. Bij sommige kleisoorten kan de uitrolgrens relatief hoog zijn ten opzichte van de vloeigrens van die klei, waardoor de plasticiteitsindex eveneens relatief laag is. In dergelijke klei zit dan veel water dat niet bijdraagt aan de zogenaamde cohesie van de grond. Voor klei in de dijkenbouw wordt de gemiddelde ondergrens voor het verband tussen uitrolgrens en vloeigrens door de zogenaamde A-lijn in een plasticiteitsdiagram weergegeven (figuur 5.1).

Zoals reeds eerder is vermeld, is er een zekere samenhang tussen bijvoorbeeld de Atterbergse grenzen en de fysisch-chemische eigenschappen van klei. De maximale hoeveelheid water die klei bij de wat grotere zuigspanningen kan vasthouden, kan daardoor worden geschat met een bepaalde verhouding tussen deze grenzen, namelijk de zogenaamde consistentie-index, (IJ. Deze index geeft aan hoe het watergehalte van een klei zich verhoudt tot de vloeigrens en de uitrolgrens en is als volgt gedefinieerd:

Hierin is:

IP   = plasticiteitsindex

w,   = vloeigrens·

wP = uit rolgrens·

wn = aanwezige watergehalte'

• in massa pcrccntage t.o.v. de droge stof

Bij een relatief hoog watergehalte en daardoor een lage consistentie-index, zal klei gemakkelijk vervormen. Als het aanwezige watergehalte in de buurt van de uitrolgrens ligt, zal de klei niet gemakkelijk meer snel plastisch vervormen. Een en ander is dus van invloed op de mate van verdichten van klei en de consistentie-index is daarom een goede indicatie van de verwerkbaarheid van klei (zie ook paragraaf 3.3.6). Deze index wordt dan ook in dit rapport gebruikt om het watergehalte van klei bij het aanbrengen en verwerken te begrenzen.

Zo is het watergehalte van klei bij een Ic van 0.75 een goede benadering voor het maximum watergehalte bij een zuigspanning van 10 m waterkolom (figuur 3.4). Het watergehalte van klei in de kern van een dijk ruim boven het freatisch vlak, wordt benaderd met het watergehalte van klei bij een Ic van 0.6 [33].

Figuur: 3.4 De consistentie-index (Ic) van klei in kleibekledingen van Nederlandse dijken en de daarbij bepaalde zuigspanningen (pF-waarden). De Ic is voor pF=3 hoger dan ongeveer 0.75.