zoeken

Ondergrond en zandbed belangrijk voor toplaag

De bestrating dient als toplaag van elementenverharding. Deze toplaag komt in direct contact met de banden van het verkeer (de massa) of met de lasten van de gebruikers en wordt als zodanig zwaar belast. Voor een goede overdracht en spreiding van deze belasting heeft de toplaag een goede bodem of ondergrond nodig: sterk en met een goede samenstelling. Naast de verticale belasting treden door de belasting van deze toplaag ook aanzienlijke horizontale krachten op. Deze horizontale krachten worden veroorzaakt door de massa als gevolg van de dwarshelling in het straatwerk, de stotende krachtwerking van de massa, de remkracht en het acceleratievermogen van de (zware) motorvoertuigen. Deze krachten worden door het bestratingdek overgebracht naar de kantopsluiting en naar het onderliggende zandbed. Om te voorkomen dat stenen hierdoor gaan schuiven (kruipen genoemd) is een stabiele ondergrond ook van groot belang, evenals een goede vulling van de voegen en een gedegen kantopsluiting.

Rekening houden met grondwater

De ondergrond bij elementenverhardingen moet niet alleen voldoende sterk (draagkrachtig en stabiel) zijn, maar moet ook:
- Goede afwaterende eigenschappen bezitten. Dit heeft te maken met de openheid van de bestrating: er zitten namelijk open voegen tussen de elementen, die de neerslag/regenwater doorlaten laten naar de ondergrond en het grondwater
- De ondergrond moet voldoende hoog liggen ten opzichte van het grondwater. De bodem bestaat voor 35 à 50 % uit vaste bestanddelen en voor het overige deel uit holle ruimten, tussen deze vaste bestanddelen (de poriën). De vaste bestanddelen bestaan voor het grootste deel uit gesteentekorrels (zand, leem, klei) en voor het kleinste deel uit organische, humusachtige stoffen (restanten van plant en dier). Deze poriën zijn gevuld met lucht, maar trekken water aan vanuit het onderliggende grondwater. Het water komt daardoor in de bodem dus hoger voor, dan het (echte) grondwaterpeil. Dit met poriënwater gevuld gebied boven het grondwaterpeil wordt de capillaire zone (ook wel: het freatisch vlak) genoemd. Des te kleiner/nauwer de poriën van een bodemsoort zijn, des te hoger kan het (grond)water komen; De grond zuigt als het ware het water omhoog. Dit natuurkundig verschijnsel wordt capillaire werking genoemd.

Meestal ophogen
Op de meeste plaatsen in Nederland is de ondergrond onvoldoende sterk of stabiel, dan wel ligt deze te laag ten opzichte van het grondwaterpeil. Daardoor komt het bijna niet voor dat een (elementen)verharding direct op de bestaande ondergrond (op staal) kan worden aangelegd. Dit betekent dat bijna altijd de bestaande ondergrond moet worden opgehoogd, dan wel worden verbeterd. Vanzelfsprekend zijn de eisen die aan de ondergrond moeten worden gesteld sterk afhankelijk van de functie van de bestrating. Zo geldt voor een voetpad een andere belasting en dus andere eisen dan voor een rijweg, waar het zandbed een meer dragende functie heeft.

Zandbed of aardebaan
Het zandbed dient als fundering van het straatwerk (toplaag) en wordt dus op de bestaande bodem of ondergrond aangebracht. In geval de ondergrond ten opzichte van het grondwater te laag ligt, moet deze fundering van een extra dikte worden voorzien. Deze extra dikte wordt de onderfundering (of ophoging) genoemd. Vaak bestaat de fundering bij bestratingen dus uit meerdere lagen zand. Al deze lagen tezamen wordt: het zandbed, ook wel de aardebaan genoemd.

Het zandbed heeft de volgende functies:
- Het dient als een dragende laag voor de toplaag;
- Het zorgt voor spreiding van de belasting en lasten (uiteindelijk naar de bodem/ondergrond);
- Het biedt weerstand aan blijvende vervorming zoals het voorkomen van oneffenheden, onvlakheden en spoorvorming;
- Het werkt als een drainerende laag voor de neerslag in de richting van het grondwater;
- Het zorgt ervoor dat de capillaire werking van het grondwater geen schade kan aanrichten.

Afhankelijk van het ontwerp en de eisen met name ten aanzien van de verkeersbelasting, wordt voor op de bestaande bodem voor de fundering bij bestratingswerken een keuze gemaakt voor één van de drie te onderscheiden typen:
1. het (gewone) zandbed als fundering;
2. een verbeterd zandbed: met een fundering en onderfundering;
3. een echte fundering: van ongebonden materialen of gebonden materialen.

De kwaliteit van het zandbed is in hoge mate bepalend voor de kwaliteit van het eindresultaat en de levensduur van het straatwerk.

De straatlaag
Direct onder de toplaag en bovenop het zandbed komt de straatlaag. De straatlaag is nodig omdat het zandbed of - indien aanwezig - de echte fundering, niet vlak genoeg en te hard is om de toplaagelementen daar zonder meer op aan te brengen. Verder moet in de straatlaag de variatie in de dikte van de toplaagelementen worden opgevangen en moet de straatlaag zorg dragen voor een goede ‘inbedding’ van de toplaagelementen. Gelet op het feit dat de straatlaag zich dicht bij het aangrijpingspunt van de belasting bevindt, moet het materiaal elastisch en zeer stabiel zijn. Als straatlaagmaterialen worden daarom speciale zandsoorten toegepast zoals straatzand , hoogovenslakkenzand en brekerzand 5; bij zeer zware belastingen wordt ook wel fijne steenslag (bijvoorbeeld met een fractie van 0/8 mm) gebruikt. Om verweking van de straatlaag in de elementenverharding te voorkomen, mag het straatlaag materiaal (vrijwel) geen leem- of kleibestanddelen bevatten. Indien zich onder de straatlaag een kwalitatief beter (echt) funderingsmateriaal bevindt, dan dient de dikte van de straatlaag minimaal te zijn, rekening houdend met de uitvoeringstechniek van het bestraten. Bij het traditionele straten is een straatlaag dikte (verdicht) van 50 à 70 mm nodig; bij handmatig of mechanisch vlijen kan de dikte van de (verdichte) straatlaag veelal beperkt blijven tot 50 mm. De straatlaag maakt géén onderdeel uit van de fundering.

Het gewone zandbed
De grondsoort zand is als volgt gedefinieerd: Zand is een natuurlijk loskorrelig afzettingsgesteente, dat bestaat uit een mengsel van voornamelijk minerale deeltjes. De korrelgrootte van deze deeltjes ligt tussen 0,063 (63μm) en 2 mm. Bij het gewone zandbed wordt als funderingslaag een laag zand toegepast dat aan de genormeerde kwaliteitseisen voldoet, weinig leem bevat en heel goed kan worden verdicht. De laagdikte is minimaal 400 mm. Een uitzondering hierop vormt het gewone zandbed voor eenvoudige tuinverhardingen en zonder zware verkeersbelasting. Hiervoor kan een zandbed met een dikte van 150 tot 300 mm worden aangehouden.

Verbeterd zandbed
Een verbeterd zandbed wordt toegepast bij zwaarder belaste plaatsen in de straat waar extra stabilisatie nodig is zoals in bochten waar wringend verkeer rijdt en waardoor het raakvlak van de band een draaiende beweging ten opzichte van het straatwerk maakt. Ook op kruispunten en plaatsen waar sterk wordt geremd of opgetrokken wordt. Door de toevoeging van brekerzand - met een hoekige korrel - aan het normale beddingzand ontstaat een veel stabieler zandbed. Aan de korrelverdeling van brekerzand worden hogere eisen gesteld. De mengverhouding met het normale beddingzand is: 1 deel brekerzand op 3 delen beddingzand.

Stabilisatielaag in verbeterd zandbed
Als de verkeersbelasting nog hogere eisen stelt aan de stabilisatie kan slakkenzand worden toegevoegd. (Hoogoven)slakkenzand is een granulaat of gebroken slak. De korrels van het zandbed verstenen zich door de hydraulische werking van het slakkenzand met elkaar. Intensief mengen met het beschikbare beddingzand is noodzakelijk in de mengverhouding 1 deel slakkenzand op 3 delen beddingzand. Dit geeft aan de bovenste laag van 20 cm voldoende stabiliteit. Het mengsel kan vooraf geprepareerd - in droge vorm - worden aangebracht, dan wel mix-in-place door middel van bodemfrezen met de bestaande zandlaag worden gemengd. In geval van zeer zwaar verkeer of extreme belastingen kan toevoeging van (droge) cement aan de bovenste laag worden overwogen. Het cement dient dan te worden toegevoegd in de verhouding 1:15 à 1:25 (dit komt overeen met 10 à 20 kg cement per m²). Het droge mengsel dient door trillen te worden verdicht, waarna de stabilisatie/verstening door regenwater of sproeien geleidelijk (na weken) tot stand komt. Het zal duidelijk zijn dat de bestrating tijdens de uithardingperiode van een dergelijke stabilisatielaag nog niet volledig door zwaar verkeer belast mag worden.

Echte funderingslaag als onderdeel van verbeterd zandbed
In geval funderingslagen met een grotere cementtoevoeging noodzakelijk zijn, spreken we niet meer van stabilisatielaag maar van een echte funderingslaag. Tussen een stabilisatielaag en de toplaag dient uiteraard ook een straatlaag van ca 50 mm te worden aangebracht om verbrijzeling van het stabilisatiepakket door de straatstenen te voorkomen. Als vuistregel geldt dat naarmate een dunnere toplaag wordt toegepast (zoals bij tegels, dikformaat plat gestraat of bij vierlingen) een goede stabilisatie van het zandbed van groter belang is. Toch moet hierbij bedacht worden dat de toplaag te allen tijden een minimale dikte moet bezitten voor een voldoende sterkte en spreiding van de belasting. Een dergelijk verbeterd zandbed, met een stabilisatielaag, bestaat dus voor een deel uit gebonden funderingsmateriaal en voor een deel uit een normale zandlaag. Het nadeel hiervan is dat het minder waterdoorlatend is dan bijvoorbeeld normaal beddingzand. Hierdoor moeten soms andere eisen worden gesteld aan de voegen tussen de bestratingselementen.

De onderfundering
De onderfundering bestaat uit een laag zand die tussen de fundering en de bestaande bodem wordt aangebracht en heeft de volgende functies:
- Als ophoging om de toplaag boven het maaiveld te brengen;
- Het voorkomen van ongewenste vorst- en opdooiverschijnselen;
- De tijdelijke berging van het water, dat via de voegen van de toplaag of anderszins in de constructie is door gedrongen;
- Als grondverbetering, dat wil zeggen ter vervanging van ongeschikte bestaande ondergrond;
- Als werkvloer ten behoeve van de aanvoer van overige materialen;
- Als extra laag voor de nog betere spreiding van de belastingen, zodat noch in de ondergrond noch in de fundering ontoelaatbare vervormingen optreden.

Gezien deze (ophoog)functies is de dikte van de onderfundering afhankelijk van de gewenste hoogteligging van het verhardingsoppervlak, de vorstindringingsdiepte, de verkeersbelasting, het draagvermogen van de ondergrond en de eigenschappen van het in de onderfundering toegepaste materiaal.

Eisen aan zandsoort en korrelgrootteverdeling
Het traditionele materiaal voor aanvullingen en ophogingen is zand, waarmee een grote ervaring is opgedaan. In Nederland bestaat de onderfundering vrijwel altijd uit zand (als onderdeel van het zandbed). Alle zanden uit Nederland zijn verschillend van kleur en korrelgrootte; dit komt omdat er meer dan een paar honderd verschillende soorten zand zijn.

In de straatbouw worden in het algemeen 3 soorten zand het meest gebruikt:
- onderfundering en ophoogzand (fijnere korrels);
- fundering en straatzand (iets grovere korrels);
- brekerzand (grove korrels).

In de Standaard RAW Bepalingen wordt voor bouwstoffen voor aanvullingen en ophogingen onderscheid gemaakt in:
1. zand als fundering voor het zandbed (het materiaal tot 1 m onder bovenkant toplaag);
2. zand als onderfundering voor aanvulling en ophoging.

De eisen aan deze bouwstoffen zijn gebaseerd op de korrelverdeling en borgen daardoor enerzijds de waterdoorlatendheid en anderzijds een beperking van de capillaire stijghoogte. Uit ervaring is bekend dat het zand voldoende sterkte en stijfheid bezit als aan de vereiste korrelverdelingscriteria wordt voldaan.

Zandbed voldoende waterdoorlatend
Is het zandbed onvoldoende waterdoorlatend, dan ontstaat bij plotselinge toename van de verkeersbelasting het gevaar dat het zandbed zich als drijfzand gaat gedragen en het straatwerk deels kan gaan ‘drijven’. Als gevolg daarvan kunnen de straatstenen wegzakken, waardoor kuilen en grote onvlakheden ontstaan.

Vorst en opdooiverschijnselen
Een unieke eigenschap van water is dat het bij bevriezing uitzet. Bij een onvoldoende waterdoorlatend zandbed bestaat naast drijven het gevaar dat bij bevriezing het zandbed gaat opzwellen, maar dat daarvoor onvoldoende expansieruimte tussen de zandkorrels aanwezig is/overblijft. Hierdoor wordt verharding omhoog gedrukt. Dit verschijnsel wordt ook wel opvriezen genoemd. Door een slecht waterdoorlatend en bevroren zandbed kan ook opdooi ontstaan, doordat na een begindooi de enigszins ontdooide toplaag zijn water niet kan afstaan aan de nog bevroren ondergrond, waardoor hetzelfde effect optreedt als bij het drijfzand.

Bij hoge grondwaterstanden en gedurende natte perioden is de vorstgevoeligheid van de bestratingsconstructie dus van groot belang. Bij ondoorlatende bodems of ondergronden, zoals bij leem- of kleihoudend zand, is het noodzakelijk bij de aanleg van het zandbed een vorstvrije diepte aan te houden. In het algemeen is een (over)hoogte van circa 80 cm onder de bovenkant van de toplaag voldoende. Bij goed doorlatende ondergronden is een (over)hoogte van ten minste 40 cm doorgaans toereikend. Met het oog op de toekomst is het aan te bevelen altijd een grotere (over)hoogte dan de minimale aan te houden, omdat immers ook relatief laag belaste straten of wegen op een gegeven moment zwaarder belast kunnen worden. Op plaatsen met een te hoge grondwaterstand (zoals in voormalige poldergebieden) kan drooglegging plaats vinden, zodat de bovenzijde van de toplaag zich 1,00 à 1,50 m boven de capillaire zone van het grondwater bevindt.

Alternatieven voor ophoogzand
Het benodigde zand wordt gewonnen uit (oude) rivierbeddingen en zandputten en wordt tegenwoordig steeds schaarser en duurder. Hierdoor wordt gezocht naar alternatieve mogelijkheden. Zo is er studie verricht naar de mogelijkheden en aanvullende maatregelen, nodig om de winning van beton-, metsel- en ophoogzand uit de Noordzee te stimuleren. Het Rijk had hierin (ook financieel) een voortrekkersrol. Zand uit maritieme wingebieden (Noordzee, Waddenzee) wordt ook wel stopzand genoemd. Ook nemen de toepassingsmogelijkheden toe  van zogeheten secundaire grondstoffen, zoals herbruikbare rest- en afvalstoffen (bouw- en sloopafval, AVI-bodemas8, hoogovenslakken, baggerspecie en geel EPS.

Bron: ‘De kunst van Straatbouw & Straatwerk’
Ing. H.H.H.M. de Vaan, auditor, arbiter, docent

 

Betonnen bestrating, oneindig veelzijdig