Inhoudsopgave


Cohesie van grond

De cohesie (c' Effectieve cohesie [kN/m2] [kN/m2]) is een van de twee wrijvingsparameters die tezamen de gedraineerde schuifsterkte van grond karakteriseren. De andere wrijvingsparameter is de Hoek van inwendige wrijving.

Het natuurkundig begrip cohesie is strikt genomen de aantrekkingskracht tussen gronddeeltjes. Cohesie wordt onder andere veroorzaakt door elektromagnetische bindingen, de Van der Waals-krachten. In de geotechniek worden ook tot de cohesie gerekend, het effect van cementatie op de schuifsterkte van grond en het effect van capillaire krachten in deels verzadigde grond. Dit laatste staat ook wel bekend als adhesie. Cementatie ontstaat meestal door mineralen en organische stoffen die chemisch aan het oppervlak van meerdere gronddeeltjes vastzitten en daardoor de deeltjes als cement bijeenhouden. De cementatie veroorzaakt relatief zeer sterke bindingen, waardoor de grond stevig tot hard wordt. Cementatiebindingen vormen zich meestal pas na verloop van uren tot soms jaren. De verbindingen zijn echter weinig flexibel en worden daardoor bij grotere vervormingen verbroken.

De cohesie van vooral klei wordt voor een belangrijk deel veroorzaakt door de affiniteit van de kleideeltjes voor water. Watermoleculen hechten zich immers aan deze deeltjes, waardoor ze een verbinding kunnen vormen tussen die deeltjes. Daarnaast is voor cohesie de hechting van watermoleculen aan opgeloste stoffen van belang. Door de beweeglijkheid van watermoleculen blijft cohesie als gevolg van hechting van watermoleculen ook bestaan als klei sterk gekneed wordt. Hier spelen de Atterbergse grenzen en de consistentie-index een grote rol, zie Waterhoudend vermogen (vervolg) - Eigenschappen van klei. Bij kleisoorten met een relatief hoge uitrolgrens ten opzichte van de vloeigrens en dus een relatief lage plasticiteitsindex, zit veel water dat niet bijdraagt aan de cohesie van de grond.

Een afnemend watergehalte doet de cohesie van verzadigde klei toenemen, omdat de deeltjes dichter bij elkaar komen te liggen. Een klei gaat zich dan meer als plastische vaste stof gedragen dan als dikke vloeistof. Een verder gaande verdroging leidt tot afnemende plasticiteit.

In de Critical State Soil Mechanics is cohesie het gevolg van overconsolidatie. Bij het deformeren en afschuiven van overgeconsolideerde grond kan een relatief hoge piekwaarde van de schuifsterkte worden gemobiliseerd. Wanneer deze pieksterkte wordt overschreden, treedt vaak verzwakking (softening) van de grond op.

De cohesie wordt normaliter bepaald door het uitvoeren van triaxiaalproeven of direct simple shear proeven op verschillende grondmonsters. Als de resultaten van de proeven worden uitgezet in een grafiek van de schuifsterkte τ Schuifsterkte [kN/m2] als functie van de effectieve spanning σ’ Korrelskeletspanning (ook wel effectieve spanning of korrelspanning) [kN/m2] en een bezwijklijn wordt geconstrueerd door de gemeten piekwaarden van de schuifsterkte, is de waarde waar deze lijn de y-as (σ’ Korrelskeletspanning (ook wel effectieve spanning of korrelspanning) [kN/m2] = 0) snijdt gelijk aan de cohesie. Omdat de cohesie het gevolg kan zijn van verschillende oorzaken (cementatie, overconsolidatie) en de mate daarvan sterk kan variëren, is de waarde van de cohesie sterk variabel.

De cohesie wordt niet rechtstreeks gemeten in een enkele triaxiaalproef of een direct simple shear proef. Het is het resultaat van de extrapolatie vanuit meerdere metingen op verschillende grondmonsters naar het punt σ’ Korrelskeletspanning (ook wel effectieve spanning of korrelspanning) [kN/m2] = 0. Omdat verschillende monsters elk hun eigen samenstelling hebben, heeft elk monster zijn eigen cohesie. De waarde die wordt gevonden voor de cohesie uit de extrapolatie van de bezwijklijn is dus mede afhankelijk van de trekking uit de spreiding van de werkelijke cohesie.

Cohesie is gerelateerd aan de pieksterkte van de grond die optreedt bij relatief geringe vervormingen. Voor de analyse van het mechanisme afschuiven is de critical state of ultimate state de relevante maat voor de schuifsterkte van de grond, de schuifsterkte bij grotere vervormingen. Bij de critical state of ultimate state is cohesie nul volgens de Critical State Soil Mechanics. Dat betekent dat als dat als uitgangspunt wordt gehanteerd bij de analyse van het mechanisme afschuiven, dat daarbij een interpretatie van de proefresultaten hoort die uitgaat van c' Effectieve cohesie [kN/m2] = 0, zie Hoek van inwendige wrijving.

De cohesie wordt relevant wanneer de sterkte van onverzadigde grond ook in beschouwing wordt genomen. Zie ook: Piek-schuifsterkte versus grote-rek-schuifsterkte.

Versies