A
De relatie tussen eisen aan loskorrelige
steenrtiaterialen en ontwerpparameters
Informatie ten behoeve van
waterbouwkundige constructies
Ministerie van VerkaPr en Waterstaat
De relatie tussen eisen aan iosi(orrelige steenmaterialen
en ontwerpparameters
Informatie ten behoeve van waterbouwkundige constructies
Rapport: P-DWW-96-069 Datum: juli 1 9 9 6
Minsterie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat
"De Dienst Weg- en Waterbouwkunde van de Rijkswaterstaat (DWW) heeft de in deze publicatie opgenomen gegevens zorgvuldig verzameld naar de laatste stand van wetenschap en techniek. Desondanks kunnen er onjuistheden in deze publicatie voorkomen.
opgeno-Rapport nr.:
P-DWW-96-069 aSBN-90-369-3719-1)
Serie nr.:
Titel en subtitel:
De relatie tussen eisen aan loskorrelige steenmaterialen en
ontwerp-parameters.
Informatie ten behoeve van waterbouwkundige constructies.
Schrijvers:
G.J. Laan
Naam en adres opdrachtnemer:
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat
Dienst Weg- en Waterbouwkunde
Postbus 5044
2600 GA DELFl'
Naam en adres opdrachtgever:Directoraat-Generaal Rijkwaterstaat
Hoofddirectie van de Waterstaat
Postbus 20906
2500 EX 's-GRAVENHAGE
Ontvanger catalogus nummer:
Datum rapport:
juli 1996
Kode uitvoerende organisatie:
Nr. rapport uitvoerende organisatie:
Projektnaam:
Kontrakmummer:
Type rapport:
Technisch
Kode andere opdrachtgever:
Opmerkingen:
Referaat:
Loskorrelig steenmateriaal voor waterbouwkundige constructies wordt in ontwerpberekeningen
gepresenteerd door enkele parameters. Deze materiaalparameters moeten vertaald worden in
bestekseisen.
In dit rapport worden de materiaalparameters die in het ontwerp gebruikt worden gegeven voor
standaard sorteringen, danwei wordt aangegeven hoe deze parameters afgeleid kunnen worden.
De materiaalinformatie heeft met name betrekking op de dichtheid van het steenmateriaal en de
afmetingen.
Trefwoorden:
Steenmateriaal, waterbouw, eisen
Classificatie:Distributiesysteem:
Dienst Weg- en Waterbouwkunde, tel. 015-2699273 Classificatie deze pagina: Aantal blz.: Prijs:
Inhoud Blz. Tekenverkiaring en definities 3 5 5 6 6 7 7 7 9
10
10
11
11
11
11
14
15
16
17
18
18
19
19
20
20
21
2 2 2 2 23 2 3 2 6 26 29 31 31 31 31 31 4 . 4 Deterministisch ontwerp 3 2 5 Slotopmerkingen en aanbevelingen 3 5 Literatuur 3 6Bijlage A Korrel- en massaverdelingen overeenkomstig NEN 5 1 8 0 en de RAW Standaard 1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.1.1 2 . 1 . 2 2 . 2 2 . 3 3 3.1 3.1.1 3.1 3.1 3.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3 . 2 . 1 . 1 3.2 3 . 2 . 2 3 . 2 . 3 3 . 2 . 4 3.2.5 4 4 . 1 4 . 2 4 . 2 . 1 4 . 2 . 2 1.1 1.2 1.3 1.2 4 . 2 . 2 . 1 4 . 2 . 2 . 2 4 . 2 . 2 . 3 4 . 3 4 . 3 . 1 4 . 3 . 2 4 . 3 . 3 Inleiding Algemeen Doelstelling Rapport-inhoud Ontwerpkundige materiaalparameters Aard van het materiaal
Dichtheid en steenmaten
Vorm van de steenstukken Elementaire gedragseigenschappen
Geometrisch o n t w e r p
Materiaaleisen in het bestek Breuksteen
Aard van het materiaal Standaardsorteringen
Dichtheid van de steenstukken Vorm van de steenstukken Elementaire gedragseigenschappen Secundaire materialen en grind
Slakken LD-slakken Fosforslakken Mijnsteen Puingranulaten Silex Grind
De relatie tussen bestekseisen en ontwerpparameters Het ontwerp-concept Breuksteen Dichtheid Korrel- en massaverdeling Algemeen De D„so D e DgB, D50 e n D,5 Secundaire materialen LD-slakken Fosforslakken Mijnsteen
Tekenverklaringen en definities
Dn nominale steendiameter (m): de lengte van de ribbe van een kubus met een zelfde volume als het desbetreffende steenstuk Dnso nominale steendiameter van een steenstuk met een massa die
overeen komt met M50 (m)
D^ de zeef maat van een steenstuk (m): de maat van de vierkante openingen van een denkbeeldige zeef, waar het steenstuk juist door kan passeren.
Dy de zeefmaat waardoor y % (m/m) van het materiaal kan passe-ren.
D35, D50, D,5 de Dy-waarden voor respectievelijk 8 5 , 5 0 en 1 5 % (m/m)
e poriëngetal (-): het volume van de holle ruimte tussen de korrels (of steenstukken) gedeeld door het volume van de korrels. (In de geotechniek w o r d t "holle ruimte" met "poriën" aangeduid.
e^ initieel poriëngehalte.
Fj vormfactor van steenstukken (-)
k waterdoorlatendheidscoëfficiënt volgens Darcy (m/s) kj bed ruwheid (m)
M massa van een steenstuk (kg)
M gemiddelde massa van steenstukken exclusief scherven (kg) (W^^ in [2]); scherven: steenstukken of korrels in de fijnste fractie van fijne sorteringen of de lichtste fractie van lichte of zware sorterin-gen waarvoor een eis geldt voor respectievelijk de korelverdeling of massaverdeling.
My de massa van een denkbeeldig steenstuk, waarvoor geldt dat y % (mm) van het materiaal bestaat uit steenstukken die lichter zijn dan dit steenstuk (kg).
Mgg, M50, M15 de My-waarden voor respectievelijk 8 5 , 5 0 en 1 5 % (mm)
n poriëngehalte (%): het volume van de holle ruimte tussen de korrels (of steenstukken) uitgedrukt als percentage van het volume van de korrels en de holle ruimte.
n, poriëngehalte van het steenmateriaal (%): het volume de poriën in de korrels (of steen stukken) uitgedrukt als percentage van het volume van korrels, inclusief de poriën in de korrels.
Wgb watergehalte door absorptie (% mm) A relatieve dichtheid van steenstukken (-)
p^ buikdichtheid (kg/m^): de (droge) massa van steenmateriaal per volume-eenheid inclusief de holle ruimte tussen de steenstukken
p, dichtheid van steenmateriaal (kg/m^): de (droge) massa van
steenmateriaal per volume-eenheid inclusief poriën in het steen-materiaal.
Pj dichtheid van de vaste stof (kg/m^), de massa van het steenma-teriaal per volume-eenheid steenmasteenma-teriaal exclusief poriën. 0 hoek van inwendige wrijving (rad. of °)
Secundaire materialen: bouwstoffen die na eventuele bewerking vrijkomen bij sloop van constructies of als restproduct bij een productie-proces.
Aard van materiaal: eigenschappen op chemisch/mineralogisch, fysische en
morfolo-gisch gebied zonder enige benoemde gedragsimplicatie [ 1 ] . Elementaire proeftechnisch gedrag van een representatieve kleine hoeveelheid materiaalgedrag: materiaal [ 1 ] .
Inleiding
1 Algemeen
Loskorrelige steenmaterialen worden in diverse waterbouwkundige constructies voor de vervulling van ettelijke functies toegepast [1 Structuur in eisen voor loskorrelige materialen in de w a t e r b o u w ] . De voornaamste uit de functies af te leiden gedragseisen impliceren eisen aan de steenmaterialen ten aanzien van de korrelgrootte of massa van de steenstukken, de korrelvorm, de dichtheid en de duurzaamheid.
De steenmaterialen kunnen natuursteen (breuksteen, grind en steenslag) betref-fen of secundaire materialen, zoals slakken, puingranulaten en mijnsteen.
Ontwerpers van waterbouwkundige constructies of constructieonderdelen van loskorrelig steenmateriaal vertalen afgeleide materiaalkundige ontwerpparame-ters in eisen die in het bestek opgenomen kunnen w o r d e n . Deze vertaling kan o m diverse redenen lastig zijn.
Allereerst geldt dat de desbetreffende ontwerpparameters niet in dezelfde termen en eenheden worden uitgedrukt als de eigenschappen waarop besteksei-sen voor te leveren materialen gericht kunnen w o r d e n . Zo zijn belangrijke para-meters als de relatieve dichtheid A en nominale diameter D^ niet direct af t e lezen uit de besteksmatig geldende bepalingen voor de dichtheid en de korrel- of massaverdeling.
Verder is van belang dat materiaaleisen volgens het bestek gewoonlijk bij aanvoer op het werk gelden. Dit betekent dat tengevolge van een beperkte duurzaamheid, de eigenschappen van het steenmateriaal in de constructie direct na aanbrengen en gedurende de levensduur van de constructie afwijken van de bij aanvoer geldende kwaliteit.
Behalve de hiervoor genoemde hoofdfactoren gelden allerlei aspecten die van belang zijn voor de bepaling van de relatie tussen eisen in het bestek en materi-aalkundige ontwerpparameters. Op deze relatie w o r d t in dit rapport ingegaan, zodanig dat ontwerpers daarmee over een handleiding beschikken om de voor een o n t w e r p te hanteren materiaaltechnische bestekseisen te kunnen afleiden. Het grootste probleem bij het afleiden van bestekseisen uit materiaaltechnische ontwerpparameters is, dat op grond van besteksmatig geldende eisen een betrekkelijk grote mate van variabiliteit van daadwerkelijk te verwachten eigenschappen in een te maken constructie kan voorkomen. Ontwerpkundig kan daarop onder andere geanticipeerd worden door een probabilistische benadering. Minder optimaal w o r d t in een deterministisch ontwerp aan deze variabiliteit het hoofd geboden door bepaling van veilige of karakteristieke waarden danwei verwachtingswaarden in samenhang met veiligheidsfactoren. Voor beide ontwerpbenaderingen w o r d t de relatie tussen de relevante ontwerpparameters en bestekseisen gegeven.
De relaties tussen materiaaleisen en ontwerpparameters w o r d e n in dit rapport b e s c h o u w d vanuit de materiaaleisen als vertrekpunt. Dit lijkt onlogisch omdat een ontwerper allereerst de ontwerpkundig vereiste parameters bepaalt. Echter in de praktijk zijn de standaardeisen voor sorteringen, die gewoonlijk voor steenmaterialen in bestekken gehanteerd w o r d e n , in sterke mate bepalend voor de eigenschappen die in de constructie verwacht mogen w o r d e n . Mede omdat de materiaaleisen hierdoor een zekere materiaalclassificatie inhouden en voor het doel van dit rapport de enige vaste praktische uitgangspunten kunnen v o r m e n ,
Dit rapport geldt met als een gedetailleerde handleiding voor de kwaliteit van loskorrelige steenmaterialen.
Daarvoor w o r d t naar relevante literatuur verwezen. Materiaalinformatie w o r d t in dit rapport slechts gegeven voor zover de doelstelling dit vereist.
Doelstelling
Dit rapport geeft informatie over de relatie tussen materiaalkundige ontwerppara-meters en materiaaleigenschappen waarop bestekseisen direct zijn gericht. Dit w o r d t gedaan voor loskorrelige steenmaterialen. In bijzonder w o r d t daarbij aandacht geschonken aan standaardsorteringen. Voor deze sorteringen w o r d t zodanige cijfermatige informatie gegeven dat de ontwerper op grond van probabilistische of deterministische ontwerpberekeningen gemakkelijk de te hanteren bestekseisen kan bepalen. Dit geldt vooral ten aanzien van de keuze van de benodigde sortering en de dichtheid. Uitgangspunten en voorwaarden die hierbij gelden zijn in dit rapport beschreven.
Dit rapport geldt niet als een handleiding voor het o n t w e r p e n . Daarvoor zijn handboeken beschikbaar, waarnaar zonodig in dit rapport w o r d t verwezen. Dit geldt ook voor gedetailleerde materiaalkundige informatie.
Rapport-inhoud
Na de inleiding w o r d t in hoofdstuk 2 ingegaan op de ontwerpkundige materiaal-parameters. Deze parameters worden verklaard en waar gewenst kort toegelicht ten aanzien van ontwerpkundige betekenis.
In hoofdstuk 3 worden materiaalkundige eigenschappen van de loskorrelige materialen kort behandeld in relatie t o t ontwerpkundige en uitvoeringstechnische betekenis. Daarbij komen materiaaleigenschappen en bestekseisen aan de orde. De brug tussen de ontwerpkundige parameters en de materiaaleisen w o r d t in hoofdstuk 4 geslagen. Daar worden de ontwerpkundig bruikbare parameters afgeleid uit de materiaalkundige bestekseisen uitgaande van aangegeven voorwaarden.
In hoofdstuk 5 tenslotte worden de uitgangspunten voor de aangegeven relaties in hoofdlijnen samengevat en worden enkele aanbevelingen voor onderzoek gedaan.
2 Ontwerpkundige materiaalparameters
In de ontwerpleer van waterbouwkundige constructies van loskorrelig steenma-teriaal w o r d t in bijzonder gebruik gemaakt van enkele aspecten van de aard van loskorrelig steenmateriaal [ 1 ] .
Dit betreft de korrelgrootte- of massaverdeling, de dichtheid en de v o r m van de steenstukken. Voor zover enkele elementaire gedragseigenschappen een rol in een o n t w e r p spelen, worden deze eigenschappen afgeleid uit aard-eigenschap-pen. Dit geldt bijvoorbeeld voor de hoek van inwendige wrijving en de water-doorlatendheid. Bij de bepaling van de relatie tussen ontwerpparameters betref-fende materiaaleigenschappen en materiaaleisen geldt als eerste probleem dat diverse parameters vertaald moeten worden in materiaaleigenschappen waarvoor eisen in bestekken voor levering van het materiaal geformuleerd kunnen w o r d e n . Hierna worden nu eerst de relevante ontwerpparameters gedefinieerd. Hierbij is gebruik gemaakt van CUR-rapport 169 [2 Manual on the use of rock in hydraulic engineering]. Ten opzichte van dit rapport worden enkele definities en symbolen aangepast waar dit voor de Nederlandse situatiue zinvol is.
2 . 1 Aard van het materiaal
In de ontwerpleer zijn vooral enkele aardaspecten bijzonder van belang:
de dichtheid van de steenstukken en steenmaten. Verder komt de vorm en ruwheid van de steenstukken voor in een doorgaans subjectieve beschrijvende karakterisering.
2 . 1 . 1 Dichtheid en steenmaten
De dichtheid en steenmaten die een belangrijke rol spelen w o r d e n als ontwerppa-rameters uitgedrukt in A (relatieve dichtheid, onder water), D„ (nominale steendi-ameter) en Dy (zeefmaten). De relatieve dichtheid en de nominale steendiameter hebben vooral betekenis voor de hydraulische stabiliteit, terwijl de zeefmaten van belang zijn voor het o n t w e r p van filtercontructies.
Pw
(1) waarin p,: dichtheid van steenmateriaal;
p „ : dichtheid van het water, waarin c . q . waariangs de constructie ligt.
Opmerking: Hierbij is de invloed van wateropneming op A buiten beschouwing gelaten. In hoofdstuk 4 . 4 w o r d t A gegeven inclusief de wateropneming.
Dn w o r d t berekend met:
Voor M = M50 geldt
Dnso
Pr
(3) Voor Dn w o r d t gewoonlijk Dngo aangehouden waarmee de totale massaverdeling w o r d t gerepresenteerd in stabiliteitsberekeningen. Soms w o r d e n andere waarden voor Dn aangehouden die afgeleid worden uit My^go bijvoorbeeld in het geval van dikke lagen en pantserwerking, waarbij de fijnere fracties geacht w o r d e n uit te spoelen. Ook het gebruik van My^go komt voor.
De waarde van A.Dngo is de belangrijkste stabiliteitsparameter in ontwerpbereke-ningen die door de aard van het materiaal w o r d t bepaald.
Voor filterconstructies zijn waarden vooral van belang. De belangrijkste Dy-waarden zijn Dgg, D50 en D15.
Het kennen van de relatie tussen Dn en Dy is van belang omdat Dn niet direct uit fijne sorteringen (op zeefmaatbasis) afgeleid kan worden en Dy niet uit lichte en zware sorteringen (op massabasis).
Voor de relatie tussen de massa en de zeefmaat van een steenstuk geldt:
M = F3 . p, . D,'
waarin M : de massa van een steenstuk; F^: vormfactor van een steenstuk; DJ,: de zeefmaat van een steenstuk. Voor (4) M = Mgo en D^ = D50 geldt Mso = F» • Pr • D M en na bewerking (5)
^«' =
^ / F :. D.
N Pr
waarin volgens (3)^ n S O
D 3 Fs = { ^
waaruit volgt
Dnso = V F ; • D50
dus met (3) en (5) is F^ gedetineerd als
(6)
(7) Uit onderzoek [3] is afgeleid dat de gemiddelde waarde van Fj gelijk is aan onge-veer 0 , 6 0 (verwachtingswaarde 0 , 6 0 , standaardafwijking 0 , 0 7 ) . Voor F^ = 0 , 6 0 geldt.
Dnso = 0.84 . D50
2 . 1 . 2 Vorm van de steenstukken
In de ontwerpleer worden enkele vormparameters gehanteerd die met gedragsei-genschappen van breuksteen in verband gebracht w o r d e n . Deze vormparameters houden verband met de platheid of langwerpigheid van de steenstukken, de mate van hoekigheid of rondheid en de ruwheid van het oppervlak van de steenstukken.
De vormaspecten van steenstukken zijn van belang in verband met het volgende: - kubisch of compact gevormde steenstukken zijn gemakkelijker te
hanteren bij overslag en aanbrengen in de constructie; - platte steenstukken breken eerder;
- de laagdikte kan bij platte steenstukken meer variëren;
- afgerond materiaal leidt tot een geringere holle ruimte tussen de steenstukken evenals, een bredere sortering en eventuele verdichting;
- de hoek van inwendige wrijving en hydraulische stabiliteit worden er door be invloed.
Door middel van de vormparameter Pp, kunnen de platheid en hoekigheid van steenstukken op een objectieve manier tot uitdrukking komen (zie [2] hoofdstuk 3 . 3 . 2 . 2 en, meer gedetailleerd, [6] hoofdstuk 3 . 2 . 2 . 2 ) . Op deze manier is met behulp van PR de invloed van de v o r m op de hydraulische stabiliteit bijvoorbeeld in [2] hoofdstuk 5.2.2.1.d aangegeven.
In de bepaling van PR w o r d t gebruik gemaakt van een beschrijving van de rondheid (beeldanalysetechnieken) en de gemiddelde waarde voor de lengte-tot-dikte verhouding van de steenstukken. Traditioneel w e r d de vormparameter gedefinieerd op alleen de lengte-tot-dikte verhouding. Op deze verhouding worden besteksbepalingen gericht.
De vormparameter PR kan ook gebruikt worden ter bepaling van de factor R' voor de equivalente ruwheid (zie hoofdstuk 2.2).
steenstukken (poriëngehalte n). Voor informatie zie [2] hoofdstuk 5 . 2 . 2 .
Elementaire gedragseigenschappen
De belangrijkste elementaire gedragseigenschappen die in de ontwerpleer voor constructies van loskorrelige steenmateriaal genoemd w o r d e n , zijn de hoek van inwendige wrijving p en de waterdoorlatendheid k. Voor grof steenmateriaal w o r d t <p afgeleid uit enkele parameters, waaronder de v o r m van de steenstuk-ken, uitgedrukt in een factor R' voor de zogenaamde "equivalente r u w h e i d " , de Dgo, de druksterkte van het steenmateriaal en de hoek van inwendige wrijving van vlakke oppervlakken van het ongebroken steenmateriaal (zie [2] hoofdstuk 5 . 5 . 3 . 4 ) .
De waterdoorlatendheid w o r d t afgeleid uit onder andere Dy-waarden (zeefmaten) van de sortering en het poriëngehalte n (zie [2] hoofdstuk 5 . 5 . 3 . 2 ) .
Allerhande aspecten van duurzaamheidsgedrag zijn veelal nog niet in o n t w e r p -modellen opgenomen.
De behandeling van de duurzaamheid van loskorrelige steenmaterialen blijft gewoonlijk beperkt t o t algemene beschouwingen op het gebied van onderhoud, gebruik van marginale veelal secundaire materialen en veiligheidsfilosofie.
Geometrisch-ontwerp
Bij het vormgeven van constructies spelen t w e e aspecten een rol die recht-streeks verband houden met de aard van het toegepaste steenmateriaal: laagdikte en de ruwheid k,.
De laagdikte w o r d t gewoonlijk algemeen uitgedrukt in de Dngo maal een factor (veelal 1,5 è 2). Soms w o r d t Dgo gebruikt.
De ruwheid kj houdt verband met de oppervlakte-ruwheid van een laag steenma-teriaal en daarmee met de weerstand die overtrekkende stroom geboden w o r d t . De factor kj w o r d t afgeleid uit onder andere de grofheid van het steenmateriaal, uitgedrukt in bijvoorbeeld Dgo (zie [2] hoofdstuk 4 . 2 . 5 . 6 ) .
3 Materiaaleisen in het bestek
Voor materiaaleisen in het bestek gelden NEN 5 1 8 0 [4] als specificatie voor breuksteen en daarin genoemde normen voor beproeving. Voor slakken en mijnsteen zijn eisen en beproevingsmethoden opgenomen in de RAW Standaard 1 9 9 5 [ 5 ] .
Hierna worden deze eisen besproken en in verband gebracht met ontwerppara-meters en eisen die daar betrekking op hebben.
3 . 1 Breuksteen
De eisen volgens NEN 5 1 8 0 betreffen standaard-eisen. Afwijkingen van deze
eisen, in bijzonder met betrekking t o t standaard sorteringen, zijn mogelijk maar dienen zoveel mogelijk beperkt te worden om diverse redenen:
- produktie-technisch gelden beperkingen, omdat de produktie op standaard-sorteringen is ingesteld; dit geldt in bijzonder voor mechanische geproduceerde standaard-sorteringen;
- zwaardere eisen stellen aan eigenschappen die niet door de produktie beïnvloed kunnen worden (sterkte, dichtheid) leidt t o t een beperkter leverbaarheid;
- door af te wijken van standaardsorteringen gaan de voordelen daarvan verioren naar mate deze afwijkingen voorkomen.
De voordelen van standaardsorteringen zijn:
- voorraadvorming van sorteringen is (beter) mogelijk;
- door continuïteit in de produktie en daarmee gepaard gaande ervaringstoename met kwaliteitsborging, zijn kwaliteitsrisico's geringer;
- optimale mogelijkheid o m de produktie-equipment op de veriangde sorteringen af te stemmen;
- de prijs w o r d t gunstig beïnvloed.
Het hiervoor gestelde blijft beperkt t o t deze korte opmerkingen om duidelijk te maken w a a r o m hierna slechts op standaardeisen voor sorteringen w o r d t inge-gaan. Voor eventueel afwijkende sorteringen kunnen de overwegingen en methoden die verder genoemd worden ook toegepast w o r d e n .
3 . 1 . 1 Aard van het materiaal 3 . 1 . 1 . 1 Standaard sorteringen
In bijlage A zijn de standaardsorteringen volgens NEN 5 1 8 0 weergegeven.
De getekende korrel- en massaverdelingen representeren de fijnste en grofste, respectievelijk de lichtste en zwaarste sortering per standaardsortering op grond van de in de figuren aangegeven eisen. Voor de massaverdelingen is uitgegaan van geschatte MgQ-waarden en zijn de resulterende gemiddelde massa's van de steenstukken berekend. De uiterste waarden van de gemiddelde massa van de steenstukken per sortering blijken voor het gebruik maken van de figuren in voldoende mate met de vereiste gemiddelde massa's overeen te komen.
Uit de korrel- en massaverdelingen zijn de kengetallen volgens tabellen 1 en 2 in bijlage B afgeleid. Deze kengetallen representeren de belangrijkste ontwerppara-meters van sorteringen.
Steenmaat D,
Voor sorteringen op basis van zeefmaten (korrelverdelingen van fijne sorteringen) kunnen de Dgg-waarden direct uit de getekende korrelverdelingen afgeleid w o r d e n . Voor de lichte en zware sorteringen, waarvoor eisen ten aanzien van de massaverdeling gelden, zijn de DgQ-waarden uit de MgQ-waarden berekend. Dit is gedaan met behulp van formule 5 (hoofdstuk 2.1) Voor p, is daarbij als een r u w w e g gemiddelde waarde van veel toegepaste steensoorten 2 7 0 0 kg/m^ aangehouden en voor F^ = 0 , 6 0 , dus
M50 = 0,60 . 2700 . D ^ = 1620 . D ^
(8) Voor andere dichtheden p,^ dan 2 7 0 0 kg/m^ kunnen de DgQ-waarden van lichte en zware sorteringen breuksteen berekend worden door de waarden van tabel 1 te vermenigvuldigen
met
2700
N Poe
Van sorteringen op basis van zeefmaten w o r d t de Dgg niet door de dichtheid beinvloed.
Steenmassa Mgg
Voor fijne sorteringen zijn de MgQ-waarden bepaald met behulp van de hiervoor genoemde formule (6).
Voor lichte en fijne sorteringen geldt dat de MgQ-waarden direct uit de figuren afgelezen kunnen w o r d e n .
Behalve voor de allerzwaarste sorteringen is de MJQ van een sortering groter dan de gemiddelde massa M van de steenstukken exclusief scherven.
M50 = f.M.
(9) De waarden van f zijn bepaald voor respectievelijk de lichtste en zwaarste sortering die binnen de eisen per standaardsortering mogelijk zijn. De waarden van f zijn als volgt:
Sortering, kg 5 - 4 0 1 0 - 4 0 4 0 - 2 0 0 6 0 - 3 0 0 3 0 0 - 1 0 0 0 1 0 0 0 - 3 0 0 0 3 0 0 0 - 6 0 0 0 6 0 0 0 - 1 0 0 0 0 f range 1,23 - 1,27 1 , 2 6 - 1,26 1,15 - 1,15 1,23 - 1,16 1,10 - 1,09 1 , 1 0 - 1,05 1,02 - 0 , 9 8 1 , 0 0 - 0 , 9 8 gem. 1,25 1,26 1,15 1,20 1,10 1,07 1,00 0 , 9 9
Uit d_e betekenis van MgQ en M kan afgeleid worden dat MgQ gewoonlijk groter is dan M en dat het verschil toeneemt bij een toenemende "breedte" van de
sortering. Toenemende "breedte" heeft hier dezelfde betekenis als "grotere spreiding" (NEN 5 1 0 4 Classificatie van onverharde grondmonsters) of "betere gradering". De afhankelijkheid van de factor f van de breedte van de sortering blijkt uit berekening van een factor a uit a = f : Dgg/D,g. Daarbij blijkt dat a min of meer onafhankelijk is van de zwaarte van de sortering. De factor a blijkt gemiddeld ongeveer 0 , 8 0 te zijn en met toenemende zwaarte van de sortering, dus afname van Dgg/Dig, iets groter te w o r d e n . Voor de berekening van de waarden van a zijn de gemiddelde waarden van Dgg/Dig uit tabel 1 gebruikt.
Voor f moet verder nog opgemerkt w o r d e n , dat in werkelijkheid de gegeven waarden per sortering significant groter of kleiner kunnen zijn dan de hiervoor gegeven waarden. Dit houdt verband met het feit dat de factor f nu berekend is voor de lichtste en zwaarste sortering die per standaardsortering mogelijk geacht w o r d t bij nog juiste voldoen aan de eisen. Binnen deze band kunnen sorteringen voorkomen die zowel een betere als slechtere gradering c . q . waarde voor Dgg/D,5 kunnen vertonen. De factor f zal daarmee ook variëren.
Hier w o r d t ingeschat dat de hiervoor gegeven waarden voor f als verwachtings-waarden aangehouden kunnen worden waarbij de kans op een geringe afwijking naar boven het grootst is.
In tabel 1 van bijlage B zijn Mg^-waarden gegeven. Deze waarden zijn voor lichte en zware sorteringen onafhankelijk van de dichtheid. Voor andere dichtheden p,^
= 2 7 0 0 kg/m^ kunnen de MgQ-waarden voor sorteringen op basis van zeefmaten berekend worden door de waarden van tabel 1 te vermenigvuldigen met
Prx
Norminale steendiameter D^gQ
De DngQ is voor de fijne sorteringen in tabel 1 berekend met formule (7) van hoofdstuk 2 . 1 .
Voor de sorteringen op massa-basis is gebruik gemaakt van formule (3). Voor andere dichtheden dan 2 7 0 0 kg/m^ kunnen de DngQ-waarden van lichte en zware sorteringen op dezelfde manier berekend worden als voor Dgo is aangege-ven.
Laagdikte d
Voor de minimum dikte van een laag loskorrelig steenmateriaal worden in de literatuur verschillende waarden genoemd op basis van de DngQ of DgQ. In de praktijk is gebleken dat met een laag van 1,5.DgQ voor 10-60 kg een aaneenge-sloten ligging van steenstukken verzekerd is in goed controleerbare omstandig-heden. Naarmate een sortering breder is zou de laagdikte iets groter genomen moeten w o r d e n . Indien de dikte van de aan te brengen laag niet goed regelbaar of controleerbaar is dient ook een groter dikte aangehouden te w o r d e n . Dit geldt eveneens voor een filteriaag indien het functioneren daarvan dit vereist.
In tabel 1 is voor de laagdikte d voor alle sorteringen nu 1,5.DgQ aangehouden. Dit komt overeen met ongeveer
1,8.Dngo-Uit praktische overweging kan een minimum laagdikte voor fijne sorteringen volgen die groter is dan in tabel 1 genoemde waarden. Deze praktische overwe-gingen kunnen verband houden met de nauwkeurigheid van aanbrengen of met mogelijke verstoring van de laag, bijvoorbeeld door belopen.
De laagdikte is in tabel 1 omgezet in een massa per m^. Hierbij is een holle ruimte n = 3 8 % aangehouden.
Steenmaten D^g e n Dgg
De Dig- en Dgg-waarden in tabel 2 zijn in principe op dezelfde wijze bepaald als de DgQ-waarden.
Voor lichte en zware sorteringen is gebruik gemaakt van de afgelezen Mig- en Mgg-waarden voor de berekening van de overeenkomstige Dy-waarden.
De gemiddelde Dgg/D,g-waarden zijn berekend als gemiddelde waarden van de Dgg/Dig van de fijnste en grofste sortering die op grond van de sorteringseisen mogelijk zijn.
De maximale en minimale waarden voor Dgg/Dig zijn bepaald door de grootste en kleinste waarden van Dgg en D,g van de fijnste en grofste sorteringen met elkaar in verband te brengen.
Voor andere dichtheden dan 2 7 0 0 kg/m^ kunnen de Dig en Dgg voor lichte en zware sorteringen berekend worden zoals voor Dgo is aangegeven.
Dichtheid van de steenstukken
De standaard dichtheidseis volgens NEN 5 1 8 0 betreft de gemiddelde dichtheid van de steenstukken. Deze dichtheid moet ten minste 2 5 0 0 kg/m^.
Naarmate in afwijking van deze eis een lager dichtheidsniveau als eis gekozen w o r d t neemt de kans op een gebrekkige duurzaamheid van het steenmateriaal toe. De wenselijkheid om een lage dichtheid toe te passen is vooral aanwezig waar een zeker volume met steenmateriaal gevuld moet w o r d e n , bijvoorbeeld in de kern van een constuctie.
Een lage dichtheid van het steenmateriaal leidt dan t o t een lagere buikdichtheid en daarmee t o t een geringe behoefte uitgedrukt in tonnen.
Indien voor een hogere waarde voor de vereiste minimale gemiddelde dichtheid w o r d t gekozen neemt de leverbaarheid, oftewel het aantal groeven waaruit het steenmateriaal geleverd kan worden af. Dit kan t o t een hogere prijs leiden tengevolge van verminderde competitie of zelfs prijsafspraken. Toch kan het vereisen van een hoge dichtheid aantrekkelijk zijn omdat dit t o t een aanzienlijke besparing van steenmateriaal kan leiden (zie hoofdstuk 4 ) . Eventueel kan, ter beperking van het risico van prijsopdrijving, steen met een hoge dichtheid als alternatief o n t w e r p gelden, waarvoor afhankelijk van het prijsvergelijk na inschrij-ving, gekozen kan w o r d e n .
Soms is onvoldoende ruimte beschikbaar voor een laagdikte die volgt uit een lage dichtheid en volgt noodgedwongen de keuze voor een hoge dichtheid.
De w i n s t die met een hoge dichtheid bereikt kan worden moet in bijzonder beoordeeld
w o r d e n in combinatie met de keuzemogelijkheid uit standaardsorteringen. Indien door een hogere dichtheid een lichtere standaardsortering gekozen kan w o r d e n , kan de besparing op de benodigde hoeveelheid breuksteen aanzienlijk zijn( zie ook tabel 1).
De dichtheidseis betreft de gemiddelde waarde. De dichtheid kan per herkomst soms aanzienlijk variëren. Dit geldt bijvoorbeeld wanneer verschillende steen-soorten in een groeve voorkomen of wanneer de porositeit een grote variatie vertoont. Een grote dichtheidsvariatie zou ontwerpkundig onwenselijk kunnen zijn door het maatgevend worden voor de stabiliteit van een toplaag van individuele steenstukken met een relatief lage dichtheid. In een Europese norm voor waterbouwsteen die nu in ontwikkeling is w o r d t daarom ook een eis gesteld aan de dichtheid die door minstens 9 0 % van het steenmateriaal gehaald moet w o r d e n . Voor dit dichtheidsniveau geldt een 100 kg/m^ lagere waarde dan voor de eis ten aanzien van de gemiddelde dichtheid.
Vorm van de steenstukken
De v o r m van de steenstukken betreft drie aspecten: de lengte-tot-dikte
verhouding, de rondheid of hoekigheid en op microschaal de textuur oftewel ruwheid van het oppervlak.
Slechts voor de dikte-tot-lengte l/d verhouding is een eis in NEN 5 1 8 0 opgeno-men. Het gehalte aan platte of langwerpige steenstukken neemt in het algemeen af met toenemende zwaarte van de sortering.
In NEN 5 1 8 0 w o r d t voor alle sorteringen dezelfde eis gesteld, dat maximaal 2 0 % (m/m) uit steenstukken mag bestaan die een kleinere dikte-tot-lengte verhouding hebben dan 1:3. Voor visueel geselecteerde sorteringen, dus in elk geval de zware sorteringen, zou deze eis veel strenger kunnen zijn. In de concept CEN-norm voor waterbouwsteen w o r d t voor deze sorteringen een maximum gehalte een platte of langwerpige steenstukken van 5 % (naar aantal) gesteld. Ten behoeve van de stormvloedkering Oosterschelde is voor bepaalde partijen zware breuksteen zelfs een 0%-eis gehanteerd.
In de CEN-norm voor waterbouwsteen w o r d t ook een eis opgenomen voor de rondheid van de steenstukken. Een rond steenstuk is in deze norm gedefinieerd als een steenstuk met minder dan 5 0 % verbrijzeld of gebroken oppervlak. Als eis is maximaal 5 % (aantal) aan ronde steenstukken voorgesteld.
De dikte-tot-lengte verhouding oftewel de platheid of langwerpigheid van de steenstukken en de rondheid en ruwheid van de steenstukken kunnen in verband gebracht worden met de factor voor de equivalente ruwheid R' en de ruwheid-factor PR (zie hoofdstuk 2.1.2). De dikte-tot-lengteverhouding w o r d t daarbij omgekeerd uitgedrukt als lengte-tot-dikteverhouding. Dit w o r d t ook gedaan in de CEN-norm voor waterbouwsteen. De gemiddelde waarde van lengte-tot-dikte verhouding is afhankelijk van de zwaarte van de sortering, het type gesteente en de mate van selectie op platte steenstukken. Voor stollingsgesteente is de ge-middelde waarde ongeveer 1,95 voor zware sorteringen t o t 2,3 voor fijne sorteringen. Voor sedimentgesteente gelden grotere waarden zoals meestal ook voor omvormingsgesteente. Voor fijne sorteringen van een bepaalde groeve grauwacke is een waarde van 3,0 gemeten.
3 . 1 . 2 Elementaire gedragseigenschappen
De in NEN 5 1 8 0 genoemde elementaire gedragseigenschappen hebben betrek-king op duurzaamheid. Het gaat o m de sterkte (dynamische verbrijzelingswaar-de), bestandheid tegen vorst- en dooiwisselingen en zonnebrand in basalt. In Europesche normering worden aan de t w e e laatstgenoemde eigenschappen ook eisen gesteld. Sterkte-eisen worden in de CEN-norm gericht op de druksterkte en de weerstand tegen slijtage. Deze sterkte-eigenschappen hebben vooral beteke-nis voor het afbreken van randen en hoeken van steenstukken en voor het afronden daarvan.
Het in stukken breken van steenstukken onder invloed van stootkrachten is afhankelijk van de mate waarin in steenstukken discontinuïteiten voorkomen, die een verzwakking inhouden. Deze discontinuïteiten kunnen bestaan uit scheuren, aderen, diaklazen en grensvlakken van lagen. In het algemeen is de weerstand tegen breken, de bloksterkte, vooral van betekenis voor zwaardere sorteringen, omdat in een breek-zeefproces voor lichtere en fijne sorteringen de belangrijkste discontinuïteiten reeds verdwijnen.
Voor het meten van de bloksterkte is geen NEN-norm beschikbaar. Ook de CEN-normen voor waterbouwsteen zullen daarvoor geen proefmethode bieden.
Mogelijkheden om een indruk van de bloksterkte te verkrijgen bestaan uit visuele inspectie van de aanwezigheid en van discontinuïteiten in steenstukken, erva-ring, proefleveringen en val- proeven. Metingen met behulp van de ultrasone snelheidsproef, die in Frankrijk genormaliseerd is, geven een indirecte kwantita-tieve maat voor de bloksterkte (voor literatuur zie [2] hoofdstuk 3 . 3 . 7 ) .
De duurzaamheid van steenmateriaal heeft in constructief opzicht de betekenis van weerstand tegen verfijning, dat wil zeggen afname van de massa van steenstukken en breuk gedurende de levensduur van de constructie. Door een beperkte duurzaamheid verandert de korrel- of massaverdeling en daarmee veranderen de constructieve parameters en eigenschappen die daar verband mee houden. De grootte en snelheid van deze veranderingen hangen van veel factoren af. Van eventueel bezwijken door vorst- en dooi, en door zonnebrand is gewoonlijk pas iets merkbaar tijdens de levensduur van de constructie. Bij een goede kwaliteitscontrole op het in de constructie te verwerken materiaal is de verfijning gewoonlijk zeer beperkt. Onder water buiten bereik van de vorst speelt de weerstand tegen vorst en dooiwisselingen geen rol. Dit w o r d t ook aangeno-men voor het effect van de aanwezigheid van zonnebrandverschijnselen in basalt. Door de constantheid van de condities onder water, vergelijkbaar met de stabiele omstandigheden in de steenformatie, zou verfijning door zonnebrand niet t o t ontwikkeling komen. Harde bewijzen zijn hiervoor niet voorhanden.
vooral in de transportfasen voor en wel bij overslag en aanbrengen in de constructie. De ruwheid waarmee dit gebeurt en het aantal overslaghandelingen tesamen met de weerstand tegen breuk en de bloksterkte zijn bepalend voor de mate van verfijning. Op de verandering van de korrel- of de massaverdeling zijn verder van invloed het opnemen van fijn bodemmateriaal uit de bodem van een depot, vermenging met andere materialen c.q. sorteringen en na- of secundaire selectie.
In de constructie zijn stoot- en schuifbelastingen, afhankelijk van de mate van stabiliteit waarvoor in het ontwerp gekozen is, gewoonlijk van geen of geringe en incidentele betekenis.
Dit is niet het geval bij toelaten van beweging van het steenmateriaal. In uiterste zin is dit het geval in het ontwerp-concept van dynamisch stabiele constructies, waarvoor steenmateriaal met een grote weerstand tegen slijtage vereist is. Verfijning kan ook optreden door erosie door meegevoerd zand en grind in stroming en door golven in combinatie met een gebrekkige weerstand tegen slijtage van het steenmateriaal. In Nederland blijft dit erosiegevaar gewoonlijk beperkt t o t het kustgebied, vooral waar grind voor kan komen.
3 . 2 Secundaire materialen en grind
Als alternatief steenmateriaal voor breuksteen komen grind en diversen soorten secundaire steenmaterialen in aanmerking. De secundaire steenmaterialen betreffen staalslakken, fosforslakken, mijnsteen, silex en puingranulaten. Bepaalde eigenschappen van secundaire materialen kunnen toepassing ervan aantrekkelijker maken dan van breuksteen. Dit geldt bijvoorbeeld voor de hoge dichtheid en hoekigheid van staalslakken. Voor zover secundaire materialen meer marginale eigenschappen bezitten met name met betrekking t o t duurzaamheid in bepaalde toepassingen pleiten vooral de volgende t w e e overwegingen voor toepassing:
- hergebruik van materialen en gebruik van bouwstoffen uit afvalstoffen zijn van belang vanuit beleidsoverwegingen die samenhangen met duurzaam b o u w e n en terugdringen van storten;
- een materiaal hoeft geen betere eigenschappen te hebben dan constructief nodig is.
Het laatstgenoemde argument roept in bijzonder de vraag op naar kwantitatieve relaties tussen gedragingen van constructieonderdelen waarin marginaler mater-ialen zijn verwerkt, en de aard en elementaire gedragseigenschappen van deze materialen. Dit betreft dan vooral duurzaamheidsaspecten. Ten aanzien van deze aspecten gelden voor breuksteen veilige classificatie-eisen. Dit is voor breuk-steen geen probleem, omdat kiezen voor "eerste klas" kwaliteit zonder relevante prijsconsequenties mogelijk is doordat de steen toch van ver moet w o r d e n aangevoerd. Er geldt daarmee geen wenselijkheid o m lokaal aanwezig eventueel marginaal materiaal te benutten.
Voor zover duurzaamheidsaspecten van secundaire materialen bijzonder aan-dacht verdienen w o r d t daar hierna, bij de beknopte behandeling van enkele van deze materialen, kort op ingegaan. Voor verdere informatie w o r d t naar literatuur verwezen.
Slakken
De toepassing van slakken in de w a t e r b o u w is voornamelijk beperkt t o t fosfor-slakken en staalfosfor-slakken (Linz-Donawitz proces - LD-fosfor-slakken). Voor uitgebreide materiaalinformatie zie [ 7 , 9 ] .
In de RA W-Standaard [5] w o r d t slechts één standaardsortering genoemd: 4 0 / 1 6 0 m m .
Deze sortering is in figuur 11 van bijlage A getekend.
LD-Slakken Dichtheid
De relevante kenmerken van staalslakken 4 0 / 1 6 0 mm zijn in tabellen 1 en 2 (zie bijlage B) aangegeven. Hierbij is een gemiddelde dichtheid van de stukken slak van 3 2 5 0 kg/m^ aangehouden. Het dichtheidsniveau dat door 9 0 % van de stukken slak naar boven w o r d t overschreden ligt ongeveer 3 0 0 è 4 0 0 kg/m^ lager dan de gemiddelde dichtheid.
De gemiddelde dichtheid van LD-slakken varieert per herkomst, maar de verschil-len tussen de gemiddelde dichtheid van slakken van diverse herkomsten zij veel groter. De gemiddelde dichtheid varieert van ongeveer 3,1 t o t 3,4 x 10^ kg/m^.
Vorm
Stukken LD-slak zijn kubisch van v o r m met scherpe randen en hoeken. De gemiddelde lengte-tot-dikte verhouding varieert tussen ongeveer 1,45 en 1,85.
Duurzaamheid
De duurzaamheid van LD-slakken vereist in bijzonder aandacht.
De onbestendigheid door vrije kalk kan in de loop van de tijd een significante verfijning geven. Deze verfijning treedt vooral op in de eerste maanden en in contact met water. De onbestendigheid kan in het produktieproces bestreden worden door het gehalte vrije kalk zo laag mogelijk te houden, de vrije kalk te binden en door het materiaal langdurig met water in contact te brengen door met water te sproeien. In het laatste geval dient (na) zeving na de "verwerings" periode plaats te vinden. Binding van de vrije kalk is een nieuwe ontwikkeling die nog niet als regel w o r d t toegepast.
De binding komt t o t stand door de vrije kalk met zand te doen binden t o t stabiele calcium silicaten. Uit het voorgaande kan afgeleid w o r d e n dat stabiele produktieprocessen en goede kwaliteitsborging nodig te zijn o m de kans op excessieve verfijning vermijden.
De weerstand tegen vorst- en dooiwisselingen van LD-slakken is goed, maar kan niet precies onderscheiden worden van de onbestendigheid door vrije kalk.
De weerstand tegen breuk en de weerstand tegen slijtage van LD-slakken is goed t o t zeer goed.
Sterkte
De bloksterkte is echter naar schatting slecht. Dit w o r d t veroorzaakt door geslaagdheid, breuken, scheuren en temperatuurspanningen in de stukken slak tengevolge van het giet- en koelproces waaraan de vloeibare slak w o r d t onder-w o r p e n . Ook op dit gebied zijn ontonder-wikkelingen, zij het in de onderzoekfase, gaande (dikke lagen gieten en langzaam koelen).
Fosforslakken Dichtheid
In verband met een gemiddelde dichtheid van 2 7 0 0 kg/m^ wijken enkele materiaal parameters in tabel 1 van bijlage B af van die van LD-slakken.
Het dichtheidsniveau, dat door fosforslakken door 9 0 % naar boven w o r d t overschreden is ongeveer 2 4 5 0 kg/m^.
Vorm en duurzaamheid
De v o r m van stukken fosforslak is betrekkelijk kubisch, onregelmatig en hoekig. De gemiddelde lente-tot-dikte verhouding is ongeveer 1,9.
De duurzaamheidseigenschappen van fosforslakken zijn goed.
Mijnsteen
Mijnsteen w o r d t voor allerlei doeleinden in de w a t e r b o u w toegepast [ 8 . 9 ] .
Sortering
In de RAW Standaard [5] zijn eisen voor mijnsteen opgenomen. Er w o r d e n 2 standaardsorteringen onderscheiden. Dit betreft 0 / 7 0 mm en 1 0 / 1 2 5 m m (zie figuur 12 van bijlage A ) . In tabellen 1 en 2 (zie bijlage B) zijn materiaalparame-ters van deze sorteringen opgenomen. Er is daarbij een dichtheid aangehouden van 2 5 0 0 kg/m^. De sorteringen zijn betrekkelijk breed (grote spreiding).
De eisen staan een grote variatie in de korrelverdelingen toe. In werkelijkheid is deze variatie veel kleiner. De kengetallen voor mijnsteen moeten daarom als theoretische mogelijkheden gezien w o r d e n . Om deze redenen en vanwege praktische overwegingen dienen zeker de waarden voor de laagdikte als weinig relevant beschouwd te w o r d e n .
Dichtheid
De gemiddelde dichtheid van mijnsteen varieert afhankelijk van de herkomst tussen ongeveer 2 4 5 0 en 2 6 0 0 kg/m^. De dichtheid per herkomst varieert vrij sterk w a t vooral afhankelijk is van de mate waarin stukken steenkool of laagjes kool in de stukken steen voorkomen.
Vorm
De vorm van stukken mijnsteen is nogal plat. Naarmate de grofheid van de schouwde zeeffractie afneemt, neemt de lengte-tot-dikte verhouding toe. Van zeefmaat 9 0 m m tot 16 mm verandert deze verhouding van ongeveer 2,7 t o t 3,3.
Sterkte
De sterkte van nog onverweerde mijnsteen is betrekkelijk goed. Mijnsteen verweert echter snel wanneer het w o r d t blootgesteld aan atmosferische omstan digheden. Onder water buiten de invloed van vorst en diep in ophogingen blijven stukken mijnsteen intact.
Puingranulaten Sortering
Puin w e r d reeds lang in de w a t e r b o u w toegepast als vlij- en vullagen onder steenzettingen en als bestortingsmateriaal. De laatste tijd is er voor de toepas-baarheid van puin in de vorm van fijne sorteringen toenemende aandacht [ 9 ] . Dit staat in verband met het beleid om bouw- en sloopafval zoveel mogelijk en hoogwaardig nuttig toe te passen.
Fijne sorteringen, zoals in NEN 5 1 8 0 worden genoemd, kunnen t o t en met 5 0 / 1 5 0 m m geproduceerd w o r d e n .
Dichtheid en vorm
De dichtheid van het materiaal kan vrij sterk variëren, afhankelijk van de samen-stelling. Dit geldt ook voor de vorm van de steenstukken. In grovere sorteringen is de invloed van de baksteenvorm merkbaar door een hoger gehalte platte stukken.
Sterkte en duurzaamheid
Sterkte en weerstand tegen vorst en dooi zijn van puingranulaten marginaal in vergelijking met goede breuksteen. Onderzoekingen op dit gebied zijn gaande. Door ontwerptechnisch en in de verwerkingsfase op de specifieke eigenschap-pen van puingranulaten te anticiperen bestaan goede toepassingsmogelijkheden. Als filteriaag en zeker als kernmateriaal van dammen en kribben biedt het materiaal mogelijkheden.
Silex
Silex komt als een mengsel van vuursteen en tau vrij bij de winning van mergel voor de productie van cement [ 1 0 ] .
Het materiaal is in de w a t e r b o u w toegepast in bijvoorbeeld top- en filterlagen. In principe kunnen de fijne sorteringen volgens NEN 5 1 8 0 uit de silex geprodu-ceerd w o r d e n . Het is onduidelijk in hoeverre dit gebeurt.
Van doorslaggevende betekenis voor de kwaliteit van silex is de mate waarin tau in het materiaal voorkomt. Dit hangt samen met de grote sterkte, duurzaam-heids-en dichtheidsverschillen tussen de beide materiaalcomponenten.
Dichtheid '
Vuursteen bestaat uit kubische grillig gevormde steenstukken met een dichtheid van 2 5 8 0 kg/m^. Het is zeer sterk en duurzaam.
Tau is een knolvormig steenmateriaal dat bestaat uit een zachte kalksteen met een dichtheid van ongeveer 2 0 0 0 kg/m^ en een relatief grote wateropneming. Het is een zwak en weinig duurzaam materiaal.
In principe bestaan er goede toepassingsmogelijkheden voor silex in w a t e r b o u w -kundige constructies. De actuele materiaalinformatie is echter nog gebrekkig.
Grind
Grind is in de w a t e r b o u w veel toegepast in filter- en toplagen. Met de a f b o u w van de grindwinning in Nederland zal grind in de w a t e r b o u w minder toegepast gaan w o r d e n . Het aanbod van grove grind is in vergelijking met enkele decennia geleden reeds sterk afgenomen. Tijdelijke oplevingen van het aanbod tengevolge van grootschalige reguleringswerkzaamheden en natuurbouw worden wel voorzien.
In dit rapport w o r d t slechts zeer beperkt op de kwaliteitsaspecten van grind ingegaan, omdat voor grof grind geen standaardsorteringen gedefinieerd zijn met precieze begrenzing van de korrelverdeling.
Voor literatuur met betrekking t o t sorteringen en kwaliteitscontrole w o r d t
verwezen naar [ 1 2 ] . In [ 1 3 ] w o r d t over andere kwaliteitsaspecten zoals de dichtheid informatie gegeven. In het kader van dit rapport is de kennis over de dichtheid van het materiaal in bijzonder van belang. Daarom w o r d t hierna daaraan enige aandacht gegeven.
Sterkte
Grind uit de Nederlandse bodem is een sterk en duurzaam materiaal waarvan de korrels afgerond en gepolijst zijn tengevolge van het transport over de rivierbo-dem naar Nederland.
Door dit erosieproces, waarbij zwak materiaal verdween door degradatie, ontstond materiaal met een goede weerstand tegen breuk en slijtage.
Dichtheid
De dichtheid van grind kan nogal variëren afhankelijk van de soort en de
herkomst. Veelal w o r d t een waarde van 2 6 5 0 kg/m^ aangehouden, die voor materialen die vooral uit kwarts bestaan zou moeten gelden. De werkelijke dichtheid ligt gewoonlijk lager.
Van grind uit Limburg en de Nederrijn is de gemiddelde dichtheid 2 5 6 0 kg/m^ met geringe verschillen tussen de diverse herkomsten (standaardafwijking ongeveer 10 kg/m^). Per herkomst is de standaardafwijking van de dichtheid van individuele grindkorrels ongeveer 7 0 kg/m^. De wateropneming is ruim 1 % (m/m).
Zeegrind met een hoog vuursteengehalte heeft een relatief lage dichtheid. Zo geldt voor grind van Sorteerbedrijf Vlissingen een gemiddelde dichtheid van 2 5 3 0 kg/m^.
Grind van diverse winplaatsen op de Noordzee vertoonde een van het vuursteen-gehalte afhankelijke gemiddelde dichtheid tussen 2 4 4 5 en 2 6 1 0 kg/m^.
De relatie tussen bestekseisen en ontwerpparameters
In dit hoofdstuk w o r d t informatie gegeven over het afleiden van ontwerpparame-ters voor loskorrelige steenmaterialen uit de desbetreffende besteksbepalingen. Na het berekenen van de vereiste ontwerpparameters kan van de gegeven materiaalinformatie gebruik gemaakt worden om de juiste besteksseisen te bepalen. In principe gaat het daarbij om standaardeisen, met name standaardsor-teringen. Voor niet-standaard sorteringen kunnen met behulp van de in dit rapport gegeven methoden en uitgangspunten, de relevante ontwerpparameters ook afgeleid w o r d e n .
Gesteld zou kunnen w o r d e n , dat in tabel 1 (zie bijlage B) de ontwerpparameters die verband houden met de sortering reeds gegeven w o r d e n . Deze parameters zijn echter als uiterste waarden bepaald uit de eisen voor standaardsorteringen. Hiermee w o r d t geen precies beeld van de werkelijkheid gegeven. Bovendien gelden de eisen bij aanvoer op het werk. Door verfijning door breuk en slijtage bij overslag en verwerking, en tengevolge van belastingen in de constructie kunnen de materiaaleigenschappen veranderen.
Tenslotte zij vermeld dat materiaalkundige ontwerpparameters op verschillende manieren bepaald en uitgedrukt kunnen worden afhankelijk van het o n t w e r p concept met betrekking t o t een determinische of probabilistische o n t w e r p -aanpak.
Het ontwerp-concept
De klassieke ontwerpleer bestaat uit een deterministische analyse. Hierbij worden voor de ontwerpsterkteparameters, waaronder de materiaalkundige, veilige of karakteristieke waarden aangehouden. Deze kunnen worden bepaald door op de verwachtingswaarden veiligheidsfactoren aan te houden.
Met een probabilistische aanpak worden de kansverdelingen van de diverse parameters met elkaar vergeleken , zodanig dat de berekende bezwijkkans van de constructie aan een gestelde voorwaarde voldoet. Tevens kan met behulp van een probabilistische analyse de relatieve bijdrage van de onderscheiden parameters aan het falen van de constructie bepaald w o r d e n . De materiaalpara-meters worden daarbij in een verwachtingswaarde voor het gemiddelde en een getalswaarde voor de variabiliteit uitgedrukt. Gewoonlijk w o r d t daarbij van normale verdelingen uitgegaan, zodat het gemiddelde p en de standaarddeviatie
o van de kansverdeling een parameter kunnen beschrijven.
Omdat de veilige en de gemiddelde waarden die in deterministische ontwerpen gebruikt worden ontleend kunnen worden aan statistische informatie, worden hierna eerst de verdelingen van de materiaalparameters voor een probabilistisch o n t w e r p b e s c h o u w d .
4 . 2 Breuksteen
4 . 2 . 1 Dichtheid
In literatuur [2] w o r d t van materiaal , geplaatst in de constructie, voor A voorbeeldgewijs een gemiddelde waarde p genoemd van 1,6 en standaardde-viaties CT van 0 , 0 5 en 0 , 0 3 . De gemiddelde dichtheid is dus 2 6 0 0 kg/m^.
Wat variatie van de dichtheid betreft kunnen drie vormen onderscheiden w o r d e n : - de variatie van de dichtheid per groeve;
- de variatie van de gemiddelde dichtheid van zekere hoeveelheden materiaal in een constructie;
- de variatie van de gemiddelde dichtheid van steen van diverse herkomsten, ergo steensoorten.
Deze drie onderscheiden variaties worden hierna toegelicht en b e s c h o u w d .
Dichtheid per groeve
De variatie van de dichtheid van steenstukken uit een groeve is afhankelijk van de homogeniteit van het steenmateriaal met betrekking t o t mineralogische samenstelling en porositeit.
Soms is er sprake van voorkomen van verschillende steensoorten in een groeve waarvan de gemiddelde dichtheden aanzienlijk van elkaar kunnen verschillen. De statistische verdeling van de dichtheid van de steenstukken per groeve is niet normaal. Dit geldt ook voor homogene steenvoorkomens. De verdelingen vertonen grotere afwijkingen van de gemiddelde dichtheid voor lagere waarden dan voor hogere. Wanneer de variatie van de dichtheid toch als een standaardaf-wijking van een normale verdeling w o r d t berekend geldt het volgende:
- zeer homogeen gesteente : a = 1 0 - 3 0 kg/m^; - homogeen gesteente : o = 3 0 - 50 kg/m^; - homogeen gesteente : a = 5 0 - 1 0 0 kg/m^; - zeer inhomogeen gesteente : o => 100 kg/m^.
Kalksteen en basalt zijn bijvoorbeeld veelal homogeen. Voor veel dieptege-steenten geldt dit ook. In de eerste 2 categoriën vallen de meeste steensoorten. Soms vertoont een groeve waarin slechts één steensoort voorkomt toch een grote dichtheidsvariatie. Dit werd bijvoorbeeld vastgesteld voor greenstone van Göteborg {a ruim 100 kg/m^). Ook basaltlava kan een grote variatie vertonen en wel door sterke verschillen in porositeit.
Extreme dichtheidsvariaties tengevolge van meerdere steensoorten in een groeve komen zelden voor.
De ontwerpkundige betekenis van de voornoemde dichtheidsvariatie voor zover dit de stabiliteit van een toplaag betreft, is in principe t o t uitdrukking gekomen in de ontwerpformules. Deze formules zijn vaak t o t stand gekomen op grond van proefnemingen met materiaal waarin deze dichtheidsvariatie veelal ook aanwezig w a s . Soms w a s dit niet het geval waar experimenten uitgevoerd zijn met zeer homogeen al of niet kunstmatig materiaal anders dan natuursteen.
De ontwerpformules laten feitelijk ook een betrekkelijk grote mate van dicht-heidsvariatie toe. Dit blijkt uit het volgende:
Het produkt A.Dngo 's bepalend voor de stabiliteit van niet al te brede sorterin-gen. Als voorwaarde w o r d t wel gesteld Dgg/Dig < 2,5 om de sortering door één steenstuk, uitgedrukt in de DngQ, te mogen representeren. Principieel geldt, in
de variatie van de dichtheid te kennen in relatie t o t die van de steengrootte. Indien de korrelgrootteverdeling als een normale verdeling w o r d t beschouwd (hetgeen niet juist is) volgt uit de hiervoor genoemde voorwaarde met betrekking t o t Dgg/Dig een nog juist acceptabele standaarddeviatie a van de korrelgrootte van 0,41 p.
Indien de steengrootte niet zou variëren zou dit betekenen dat de dichtheid een variatiecoëfficiënt t o t 0,41 zou mogen hebben. Bij een gemiddelde dichtheid van 2 7 0 0 kg/m^ zou de standaardafwijking dan maximaal 1 1 0 0 kg/m^ mogen bedra-gen.
Uit deze (gebrekkige) rekenexercitie volgt in elk geval dat de dichtheidsvariatie van de steenstukken ontwerpkundig niet afzonderlijk beschouwd hoeft te w o r d e n . Mogelijk is een variatie van de dichtheid van een inhomogeen t o t zeer inhomogeen gesteente aanleiding om factoren voor onzekerheden in de formules iets te vergroten.
Variatie van de gemiddelde dichtheid per partij
Het laat zich voorstellen, dat de gemiddelde dichtheid van een zekere hoe-veelheid steenstukken in een constructie varieert afhankelijk van toeval of door variatie van de gemiddelde dichtheid in de groeve waaruit de steen afkomstig is, of door levering uit verschillende groeven.
Allereerst dient nu de vraag beantwoord te worden hoe groot de hoeveelheid steenmateriaal is waarover de gemiddelde dichtheid bepaald zou moeten w o r d e n . Deze hoeveelheid zou op grond van constructieve gedragsoverwegingen afgeleid moeten w o r d e n . De grootte van deze hoeveelheid is van belang omdat de variatie van de gemiddelde dichtheid a^ daarvan afhangt volgens
o
Vn
waarin:
a, = de standaardafwijking van de gemiddelde dichtheid van n steenstukken; a = de standaardafwijking van de dichtheid van individuele steenstukken;
n = het aantal steenstukken waarvan de gemiddelde dichtheid constructief van belang is.
Zo'n hoeveelheid zou een "constructief bepalende materiaaleenheid" genoemd kunnen w o r d e n . Maten voor genoemde hoeveelheid zijn niet bekend.
Hoe dan ook kan geconcludeerd worden dat gewoonlijk de variatie van de gemiddelde dichtheid in een constructie niet van belang is vanwege de geringe waarde daarvan.
Zelfs bij de grenswaarde van a voor inhomogeen materiaal van 100 kg/m^ zou, berekend voor 100 steenstukken, de standaardafwijking a^ slechts 10 kg/m^ zijn.
Een en ander geldt niet voor steen afkomstig van verschillende groeven of in het geval van meerdere steensoorten per groeve, zeker wanneer deze in afzonderiij-ke deelpartijen geleverd w o r d e n . In deze gevallen geldt het hierna gestelde.
Variatie van de dichtheid van diverse herkomsten
De variatie van de gemiddelde dichtheid van steen van diverse herkomsten en
daarmee van diverse steensoorten is betrekkelijk groot. Gewoonlijk ligt de dichtheid tussen ongeveer 2,6 en 3,0 t / m ^ .
Een dichtheid van ongeveer 2,6 t/m^ kan gelden voor o.a. graniet, zandsteen, grauwacke en syeniet. Een hoge dichtheid van ongeveer 3 t / m ^ komt voor in basalt, donkere dieptegesteenten zoals gabbro en sommige metamorfe gesteen-ten. Extremere dichtheden komen echter voor zoals lage dichtheden t o t onge-veer 2,4 t/m^ in combinatie met nog voldoende duurzaamheid. Zeer hoge dichtheden zoals van eklogiet met een dichtheid van ongeveer 3,3 t/m^ worden ook voor de w a t e r b o u w aangeboden.
De variatie van de (gemiddelde) dichtheid en de verwachtingswaarde van de gemiddelde dichtheid per te leveren partij uit één groeve van alle voor levering in aanmerking komende steensoorten is afhankelijk van de bestekseis(en) voor de dichtheid en de in aanmerking komende steensoorten.
Bij het via besteksbepalingen beperken van de leverbaarheid t o t steen van één herkomst is de gemiddelde dichtheid nauwkeurig bepaalbaar en is de variatie van de dichtheid gewoonlijk ontwerpkundig van geen betekenis. Deze situatie komt weinig voor en blijft gewoonlijk beperkt t o t gebruikmaking van een beschikbaar depot steen of t o t hergebruik van breuksteen.
Bij het in aanmerking doen komen van steen van diversen herkomsten, zonder uitsluiting van steensoorten, is de verwachtingswaarde en de variabiliteit van de gemiddelde dichtheid afhankelijk van de gestelde eis voor de gemiddelde dichtheid in het bestek.
Naarmate een hogere dichtheid vereist w o r d t stijgt het niveau van de verwach-tingswaarde Pp en daalt de standaardafwijking a^.
De bestekseis v o r m t een harde begrenzing van de leverbare dichtheid.
De mate van controle daarop is bepalend voor de kans dat steen met een min of meer lagere dichtheid daadwerkelijk toegepast w o r d t .
Naar r u w e schatting is in Nederland voor het "normale" werk en levering van steen uit België en Duitsland de kansverdeling van de dichtheid ongeveer normaal. Van overzee w o r d t wellicht in het algemeen steen met een hogere dichtheid geleverd maar dit hangt samen met de gestelde eisen met het oog op het type werk (kustverdediging en grootschalige constructies nabij de kust). R u w w e g zou op grond van het hiervoor gestelde het volgende aangehouden kunnen worden voor de verwachtingswaarde voor de dichtheid p^ en de stan-daardafwijking Op van steen van diverse herkomsten:
- bestekseis > 2 5 0 0 k g / m ^ : / / ^ = 2 7 5 0 kg/m^, o^ = 150 kg/m^; - bestekseis > 2 6 0 0 kg/m^ : p^ = 2 8 0 0 kg/m^, a^ = 120 kg/m^-- bestekseis > 2 7 0 0 kg/m^ : p^ = 2 8 5 0 k g / m ^ a^ = 9 0 kg/m^; - bestekseis > 2 8 0 0 kg/m^ : /v^ = 2 9 0 0 k g / m ^ o^ = 6 0 kg/m^; - bestekseis > 2 9 0 0 kg/m^ : Pp = 2 9 5 0 kg/m^, CT^ = 3 0 kg/m ,3
Voor de berekening van p^ en a^, is uitgegaan van 9 0 % kans op ligging van de gemiddelde dichtheid tussen de waarde van de bestekseis en 3 0 0 0 kg/m^. De verwachtingswaarde voor de relatieve dichtheid A volgt uit p,, en de dicht-heid van water p „ volgens het principe van v g l . 1 . De getalswaarde van de stan-daarddeviatie van A is gelijk aan Op.
De genoemde verwachtingswaarden gelden niet indien de herkomst en daarmee de voor levering in aanmerking komende steen in meer of mindere mate reeds vast staat.
Korrel- en massaverdeling
In [2] worden in enkele voorbeelden voor DngQ waarden genoemd van 1,0 en 1,2 m voor het gemiddelde {p^) en 0 , 0 3 , respectievelijk 0 , 2 m voor de standaarddevi-atie (CTQ). DngQ is in bijzonder van belang voor de bepaling van de stabiliteit van toplagen. Voor filterlagen zijn de waarden voor Dgg en Dig van grote betekenis.
Algemeen
De DngQ, Dgg en Dig in de constructie zijn van veel factoren afhankelijk: - de bestekseisen;
- de kwaliteitsborging;
- verfijning door overslag en verwerking; - degradatie tijdens de levensduur; - ontmenging.
Bestekseisen
Bestekseisen voor de korrel- of massaverdeling van sorteringen begrenzen de steenafmetingen. Het aantal " d w a n g p u n t e n " volgens de eisen is beperkt en vormen daarmee voor de DngQ, Dgg en Dig zoals ook voor andere D-waarden veelal geen precieze grenzen. Toch is het niet al te speculatief er vanuit te gaan dat 9 0 % van de waarden van deze diameters binnen de grenzen volgens tabellen 1 en 2 (zie bijlage B) liggen.
Dit hoeft niet voor steen van slechts één herkomst of reeds beschikbare steen te gelden. De variaties voor sorteringen van één herkomst zijn geringer dan die van de som van de vele mogelijke produktieplaatsen. Resultaten van bedrijfscontrole en vroegere keuringen kunnen dan informatie verschaffen over deze geringe variatie.
In het geval van reeds beschikbaar steenmateriaal kan de sortering vrij precies w o r d e n bepaald en rest slechts de variatiemogelijkheid, die samenhangt met de precisie van het onderzoeksresultaat, dat vooral door het aantal onderzochte steenstukken en monsters w o r d t bepaald.
Kwaliteitsborging
Kwaliteitsborging speelt een cruciale rol bij de begrenzing van korrel- of massa-verdelingen.
Bepalende factoren hierbij zijn de inspanningen en daarmee kosten die gemoeid zijn met het precies meten van een verdeling. Wellicht nog meer van betekenis is de aandacht voor kwaliteit in samenhang met de wil om volgens de eisen te leveren (bedrijfscontrole) dan wel af te nemen (acceptatiecontrole). Aandacht voor kwaliteit impliceert een creatieve en doelbewuste inzet bij kwaliteitsbor-ging. De aanwezigheid daarvan kan de kosten voor controle doen veriagen, omdat een geschoolde en aandachtige beoordelaar verrassend precies vele kwaliteitsaspecten door visuele beoordeling en eenvoudige hulpmiddelen en controles kan beoordelen.
Hoe dan ook geldt dat een bepaling van de korrel- en massaverdeling slechts met een betrekkelijke nauwkeurigheid kan worden gedaan. De daarvan afhanke-lijke kans op onterechte goed- of afkeuring is daarbij een factor van betekenis. Bewust zijn daarvan leidt bij een producent t o t het aanhouden van voldoende marge tussen de werkelijke kwaliteit en de nog juist toegestane. Bij afname van steenmateriaal leidt het mogelijk ten onrechte afkeuren veelal t o t een extra
keuringspanning of herkeuring.
De ervaring heeft geleerd, dat het mogelijk ten onrechte afkeuren in mindere mate t o t zo'n extra inspanning leidt. De tijden dat bij keuring het juist voldoen aan eisen van welk monster dan ook bij beide partijen t o t voldoening zonder restricties leidde lijken goeddeels t o t het verleden te behoren.
Verfijning door overslag en verwerking
Overslag en verwerking leiden tot verfijning van steenmateriaal. Er zijn veel samenhangende factoren die hierbij een rol kunnen spelen:
- valhoogte bij kiepen van wagenladingen, en storten uit een poliepgrijper, wielladerbak e t c ;
- het aantal verplaatsingen van het geproduceerde steenmateriaal vóór het in de constructie is aangebracht, w a t samenhangt met het aantal malen dat het overgeslagen w o r d t in depots en tussendepots;
- de grootschaligheid van het werk waarin de steen w o r d t toegepast. Grootscha-ligheid leidt in het algemeen t o t meer verfijning tengevolge van met de schaal samenhangende zwaarte van de ingezette equipment, grotere behoefte aan grootschalige depotvorming, het in bulk behandelen van ook zeer zware sorteringen en minder mogelijkheden t o t na-selectie;
- na-selectie op de massaverdeling en anticipatie op verfijning door relatief zware sorteringen te produceren;
- de bloksterkte, weerstand tegen breuk en weerstand tegen slijtage van het steenmateriaal. De bloksterkte speelt gewoonlijk vooral bij zware sorteringen een cruciale rol. De weerstand tegen breuk en in mindere mate de weerstand tegen slijtage zijn vooral van belang voor fijne en lichte sorteringen.
Kwantitatieve informatie over verfijning is in beperkte mate verkregen bij vooral de b o u w van de stormvloedkering Oosterschelde en via onderzoek naar metho-den voor het meten van de bloksterkte.
Formeel zou gesteld kunnen w o r d e n , dat verfijning slechts van belang is na aanvoer van het materiaal, omdat bij aflevering aan eisen voldaan moet w o r d e n . Dit is echter praktisch van beperkte betekenis omdat vooral bij grote werken dwingende argumenten bestaan om materiaal dat niet aan de eisen voldoet t o c h te accepteren vanwege de kosten van gevolgen van afkeuring en verstoring van het bouwproces.
Hieruit blijkt tevens het belang van aandacht voor de kwaliteit vóór aanvoer (certificatie!) en eventuele anticipatie op verfijning door bij aanvoer enige verrui-ming in de eisen in vergelijking met de bij de produktie geldende eisen overeen-komstig bepalingen in het bestek toe te laten.
Degradatie tijdens de levensduur
In het ontwerp moet geanticipeerd worden op verfijning tijdens de levensduur van de constructie. Voor zover deze verfijning afhankelijk is van de inwerking van atmosferische omstandigheden is de mate ervan gering bij goede kwali-teitsborging. Indien wel significante verfijning optreedt zijn kennelijk fouten gemaakt bij de beoordeling van de kwaliteit die gewoonlijk gemakkelijk vermeden hadden kunnen w o r d e n .
Steenmateriaal in een constructie, met name de toplaag, kan verfijnen door de inwerking van krachten. Dit kan de eroderende werking van zand en grind of
In het algemeen is de kwalitatief goede breuksteen die in Nederland w o r d t toegepast weinig gevoelig voor degradatie. Aandacht voor dit aspect bij het ontwerp is echter vooral van belang bij eventuele toepassing van kwalitatief marginaal materiaal en bij sterk degraderende invloeden zoals bij dynamisch stabiele constructies.
Ontmenging
Ontmenging, in de betekenis van ontmengd zijn van loskorrelig steenmateriaal, kan gedefinieerd worden als het voorkomen van verzamelingen steenstukken in een partij met een korrelgrootte- of massaverdeling die niet verklaard kan worden op grond van toeval en de korrel-of massaverdeling van de partij. Deze ontmenging treedt op bij verplaatsing van het materiaal ten behoeve van opslag, belading van transportmiddelen en het aanbrengen in de constructie.
In principe w i j k t de korrel- of massaverdeling van elke hoeveelheid materiaal uit een partij los van ontmenging af van de verdeling van de partij. Dit w o r d t veroorzaakt door toeval. Het toeval bepaalt weliswaar dat elk steenstuk een gelijke kans heeft om in een willekeurige hoeveelheid materiaal uit een partij voor te komen, maar steenstukken kunnen niet naar evenredigheid van voorkomen in de partij in een bepaalde hoeveelheid opgenomen zijn. Naarmate de beschouwde hoeveelheid materiaal uit een partij kleiner is, is de kans op grotere afwijking van de grootte-verdeling van de steenstukken van de partij groter.
Bij het beschouwen van slechts enkele steenstukken in een laag is door toeval een grote verscheidenheid mogelijk naar gemiddelde grootte en de wijze waarop de steenstukken naar grootte ten opzichte van elkaar zijn gegroepeerd.
Kortom door toeval kunnen bijvoorbeeld relatief grote of kleine steenstukken in concentraties voorkomen. Deze toevallige configuratie van steenstukken heeft betekenis voor de stabiliteit van het steenmateriaal bij golf- en stromingsbelas-ting en voor filterstabiliteit.
Deze betekenis is in de ontwerpformules verdisconteerd vooral doordat voor het afleiden van de formules gebruik is gemaakt van resultaten van onderzoek van proeven op al of niet verschaald materiaal, waarin eenzelfde toeval speelt als hiervoor is genoemd.
Ontmenging is gedefinieerd als het verschil tussen de grootteverdelingen van hoeveelheden materiaal uit een partij en de grootteverdeling van de partij waar deze hoeveelheden deel van uitmaken. Dit verschil moet worden gecorrigeerd voor de door toeval bepaalde variabiliteit van de grootteverdeling. Uit een en ander volgt dat onmenging slechts gedefinieerd kan worden in relatie t o t de massa of het volume van de beschouwde hoeveelheden.
Het ligt voor de hand om voor deze massa een keuze te maken op grond van relevantie voor het constructief gedrag. Ongetwijfeld is deze massa afhankelijk van het specifiek gedrag dat beschouwd w o r d t en van de zwaarte van de sortering. In de literatuur komen hierover geen beschouwingen voor. Soms w o r d t de veronderstelling uitgesproken dat ontmenging ook in modelproeven voorkomt en daarmee afgedekt is in de ontwerpmodellen. Dit is zeer t w i j f e l
-achtig t o t onjuist, omdat bijna alle factoren die bepalend zijn voor ontmenging in de praktijk, in de modelproeven niet of anders functioneren. Over ontmenging is slechts summiere en beperkt geëvalueerde kennis voorhanden terwijl de beteke-nis cruciaal kan zijn.
R u w w e g kan gezegd worden dat de ontmengingsgevoeligheid van breuksteen toeneemt naarmate de sortering breder is. De feitelijke ontmenging is afhankelijk van activiteiten die tot ontmenging leiden en dit ook weer min of meer ongedaan kunnen maken. Het storten van steenmaterialen op één punt waarbij afrollen
langs een helling optreedt is sterk ontmenging veroorzakend. Ook storten in water kan ontmenging veroorzaken enwel door verschillen in sedimentatiesnel-heid.
Verfijning door breuk leidt t o t grotere ontmenging doordat de sortering breder w o r d t . Herselectie op fijn materiaal en controle op concentraties fijn materiaal is bij zwaardere sorteringen gemakkelijker.
De ontmengingsproblematiek w o r d t hier slechts summier aangegeven. De kritische rol die ontmenging speelt, vooral in loskorrelige filterlagen, maakt studie naar ontmenging van groot belang.
Bepaalde D-waarden
Bij de bepaling van de verwachtingswaarden en standaarddeviatie voor DngQ, Dgg en Dig w o r d t hierna van de volgende uitgangspunten gebruik gemaakt:
- kwaliteitsborging sluit de kans niet uit dat steenmateriaal bij levering geaccep-teerd w o r d t die niet aan de eisen voldoet;
- verfijning door overslag en verwerking w o r d t ingeschat voor grootschalige en kleinschaliger werken;
- de betekenis van degradatie tijdens de levensduur en ontmenging worden niet in de afleiding van de D-waarden meegenomen vanwege voor de praktijk (nog) beperkt inzicht op deze gebieden en de variabiliteit van deze factoren afhanke-lijk van het type w e r k , uitvoering en materiaal.
4 . 2 . 2 . 2 D e D „
In tabel 1 van bijlage B zijn voor de standaard breuksteensorteringen gebieden aangegeven, waarbinnen de DngQ kan variëren. Voor fijne sorteringen geldt hierbij enige onzekerheid in de vertaling van DgQ-waarden in de DngQ (zie hoofdstuk 2 . 1 . 1 ) . Verder geldt dat de getabelleerde DngQ-waarden gelden voor een dichtheid van 2 7 0 0 kg/m^. Aanpassingen voor andere dichtheden p,^ kunnen verkregen worden door vermenigvuldiging van de gegeven waarden voor lichte en zware sorteringen met
2700 ._ 1392
Pnc
N
PrxDe DngQ-waarden van sorteringen op basis van mm-maten zijn onafhankelijk van de dichtheid.
Aangehouden w o r d t dat 9 0 % van de partijen binnen de gegeven grenzen liggen. Als partij
grootte w o r d t hierbij gedacht aan scheepsladingen omdat afnamecontrole daarop gericht w o r d t .
Er w o r d t vanuit gegaan dat de verwachtingswaarde in het midden van de voor de DngQ aangegeven grenzen ligt. Op basis van ervaring bestaat de indruk dat de verwachtingswaarde van Dngo zonder de invloed van verfijning tendeert naar een iets lagere ligging dan waar vanuit w o r d t gegaan. Dit aspect w o r d t in het hierna behandelde verfijningseffect meegenomen.
