Sonderen is in beginsel een snelle, goedkope en betrouwbare methodiek om inzicht te krijgen in de opbouw en draagkracht van de ondergrond.
Het voordeel van deze techniek is dat deze Europees (en feitelijk ook wereldwijd) is genormeerd. Niet alleen de te gebruiken apparatuur, maar ook de uitvoeringswijze. Het resultaat is eenduidig, nauwkeurig, reproduceerbaar en kent geen menselijke interpretatie (zoals dat wel het geval is bij een boring).
Tijdens het uitvoeren van een standaard sondering wordt een kegelvormig meetlichaam (conus) via stangen de grond ingedrukt door gebruik te maken van een bijvoorbeeld een vrachtwagen als tegendruk. De conus meet feitelijk de mechanische weerstand van de grond tijdens het penetreren van de diverse grondlagen. Uit het resultaat van de meting, een sondeergrafiek, kan de grondopbouw worden afgeleid en zijn lagen met hoge (zand, grind) en lage (klei, veen, silt) weerstand zichtbaar.
Tijdens het sonderen kan niet alleen de conusweerstand worden gemeten, maar ook de plaatselijke wrijving (kleef), de waterspanning, de geleidbaarheid, de temperatuur, etc. De parameters die uiteindelijk worden gemeten zijn afhankelijk van het type onderzoek dat gewenst is.
Zo is de relatie tussen de conusweerstand en de plaatselijke wrijving (het wrijvingsgetal) een duidelijke indicatie voor de grondsoort. Indien tevens de waterspanning wordt gemeten wordt in niet cohesieve grondsoorten ook inzicht verkregen in de heersende waterdruk op een bepaalde diepte. Met een waterspanningssondering wordt bovendien inzicht gekregen in de aanwezigheid van dunne waterremmende cohesieve stoorlaagjes (klei of veen) in een watervoerend pakket.
Met een magnetometerssondering kunnen we bijvoorbeeld ontplofbare oorlogsresten (NGE) worden opgespoord, maar kan bijvoorbeeld ook de lengte van een damwand of funderingspaal worden bepaald.
Met een HPT-sondering (Hydraulic Profiling Tool) kan een continu doorlatendheidsprofiel worden gegeneerd van de ondergond.
SOCOTEC voert diverse typen sonderingen uit, zoals sonderingen met waterspannings- en/of kleefmeting, slagsonderingen, seismische sonderingen, sonderingen met geleidbaarheidmeting, maar ook bovengenoemde magnetometersonderingen en HPT-sonderingen etc. Elk type met haar eigen specifiek onderzoeksdoel.
Sonderingen worden uitgevoerd conform NEN-EN-ISO 22476-1. Genoemde norm onderscheidt 4 sondeerklassen 1 t/m 4. Klasse 1 heeft de hoogte nauwkeurigheid, klasse 4 de laagste. Bij alle 4 de klassen wordt zowel de puntweerstand en plaatselijk wrijving gemeten (aangeduid met TE1). Vanaf klasse 3 en hoger wordt ook de helling gemeten. Bij klasse 1 sonderingen wordt altijd de waterspanning (aangeduid met TE2) gemeten. Bij klasse 2 en klasse 3 sonderingen kan de waterspanning optioneel worden gemeten. Klasse 4 wordt in Nederland nooit gebruikt.
Het voordeel van sonderingen met waterspanning
Het voordeel van het uitvoeren van sonderingen met waterspanning is dat bij niet cohesieve grondsoorten direct inzicht wordt verkregen in de heersende waterdruk op een bepaalde diepte. Tevens wordt meer inzicht verkregen in dunne waterremmende cohesieve stoorlaagjes (klei of veen) binnen een watervoerend pakket. Deze laagjes kunnen niet of in mindere mate worden gedetecteerd met een normale sondering met alleen meting van de puntweerstand en plaatselijk wrijving. Een en ander kan van belang zijn bij het ontwerp van de bemaling bij een bouwput.
Een dissipatietest als aanvullende mogelijkheid
Tijdens de uitvoering van een waterspanningssondering kan ook een dissipatietest worden uitgevoerd. Met een dissipatietest wordt op dezelfde diepte het verloop van de waterspanning gemeten in de tijd. Een dissipatietest geeft meer inzicht in de waterdoorlatendheid op een bepaalde diepte. In meer cohesieve lagen kan op basis van een dissipatietest de consolidatiecoëfficiënt (cv-waarde) worden afgeleid.
De waterspanning kan op meerdere posities van de conus worden gemeten, namelijk halverwege de punt (u1), direct achter de punt (u2) of achter de kleefmantel (u3). Afhankelijk van de toepassing wordt voor een bepaalde positie gekozen. Normaliter is dit de u2-positie.
Een klasse 1, 2 of 3 sondering
Standaard maakt SOCOTEC klasse 3 sonderingen. Deze zijn uitermate geschikt voor het ontwerp van funderingen van gebouwen en voor een algemene bodemverkenning. Voor meer specifieke toepassingen, zoals de toetsing van waterkeringen of zettingsanalyses worden klasse 2 of zelfs klasse1 sonderingen uitgevoerd. Op basis van een klasse 1 sondering kan een relatie worden gelegd (Nkt-factor) tussen de ongedraineerde schuifsterkte su zoals bepaald op basis van laboratoriumproeven en de sondeerweerstand qnet (conusweerstand gecorrigeerd voor de waterspanning).
Sonderingen met dijkenconus
Een “dijkenconus” is een zeer nauwkeurige conus met een meetonnauwkeurigheid van 7,5 kPa (ruim 4 keer nauwkeuriger dan een klasse 1 conus) met een a-factor van 0,99. Dit laatste betekent dat de conusweerstand niet behoeft te worden gecompenseerd voor de waterspanning en feitelijk direct qnet wordt gemeten.
Een normale sondeerconus is direct achter de conuspunt ingesnoerd teneinde de kleefmantel te kunnen plaatsen (zie onderstaan figuur).
Dit betekent dat de water(over)spanningen die kunnen ontstaan tijdens het sonderen, en die in klei en veenlagen tot hoge waarden kunnen oplopen, ook in de spleet tussen de conuspunt en het conushuis kunnen werken, en dientengevolge de totale conusweerstand (qc) verlaagt.
Om de werkelijke conusweerstand (qnet) te bepalen zal deze moeten worden gecorrigeerd voor de waterspanning op de u2 positie (net achter de conuspunt) afhankelijk van de a-waarde. De a-waarde is de verhouding tussen Ac en An.
De werkelijke conusweerstand qnet is van essentieel belang bij het bepalen van de Nkt-factor, de relatie tussen de conusweerstand en de in het laboratorium bepaalde ongedraineerde schuifsterkte su.
Bij het gebruik van de dijkenconus is geen correctie nodig voor de gemeten waterspanning, immers de a-factor is nagenoeg 1. De qnet wordt dus direct gemeten én met een aanzienlijk hogere nauwkeurigheid dan bij een klasse 1 conus. Er worden geen onnauwkeurigheden geïntroduceerd door de correctie voor de waterspanningen, waardoor een betere relatie kan worden gelegd met de ongedraineerde schuifsterkte su bepaalt in het laboratorium.
Een “nadeel” van de dijkenconus is dat deze, vanwege de hoge nauwkeurigheid, een beperkt meetbereik heeft waardoor alleen in holocene afzettingen kan worden gesondeerd en niet in zand met hogere conusweerstanden. Dit hoeft geen probleem te zijn omdat sonderen in zand met de dijkenconus geen toegevoegde waarde heeft, omdat zand gedraineerd reageert, en van zand geen su kan worden bepaald.
Mechanische sonderingen
Mechanische sonderingen worden uitgevoerd conform NEN-EN-ISO 22476-12:2009 testtype TM1. Dit type sondering wordt uitgevoerd indien zeer vaste zand-/grindlagen moeten worden gepasseerd of de kans op stangenbreuk aanzienlijk is.
De uitvoeringswijze van de mechanische sondering
De mechanische sondering is feitelijk de voorloper van de elektrische sondering en halverwege de vorige eeuw uitgevonden door Dr. ir. Begemann. Het nadeel van een mechanische sondering is dat hierbij enkel de conusweerstand en de plaatselijk wrijving (kleef) kunnen worden gemeten. De conus wordt eveneens op diepte gedrukt met stalen stangen vanuit een zware sondeerwagen. De druk die nodig is om de stangen op diepte te drukken wordt ín de wagen gemeten met een drukopnemer. Door gebruik te maken van binnenstangen, die nagenoeg wrijvingsloos in de buitenbuis aanwezig zijn, kan direct de druk op de conuspunt worden gemeten, zonder dat behoeft te worden gecorrigeerd voor de totale wrijving op de buitenstangen. Bij een elektrische conus gebeurt dit met rekstrookjes ín de conus, waardoor nog directer kan worden gemeten. Tegenwoordig wordt bij een mechanische sondering de druk op de binnen stangen elektrisch gemeten en iedere 2 cm geregistreerd. De helling kan tijdens het sonderen niet worden gemeten; de bereikte diepte kan dus niet worden gecorrigeerd voor de helling.
Het voordeel van de mechanische sondering
Het grote voordeel van een mechanische sondering is dat vaak aanzienlijk dieper kan worden gesondeerd. Het is immers mogelijk nagenoeg het volle wagengewicht (ca. 20 ton) op de binnenstangen af te dragen. De maximale puntbelasting bij een standaard elektrische conus is maar 10 ton.
Bovendien zijn de kosten van een mechanische conus aanzienlijk lager dan van een elektrische conus (meer dan een factor 10). Bij het penetreren van zeer vaste zand- of grindlagen kan derhalve meer risico worden genomen, omdat de kosten bij eventuele breuk aanmerkelijk lager zijn.
Het is goed om in gedachten te houden dat de gemeten conusweerstand bij een mechanische conus vaak lager zijn dan bij een elektrische conus (vanwege de conusvorm). Bij optopping van gebouwen, waarbij de fundering nog vaak is ontworpen op basis van mechanisch uitgevoerde sonderingen, kan vaak enige ruimte worden gevonden in het draagvermogen van de aanwezige funderingspalen indien aanvullende elektrische sonderingen worden gemaakt.
Slagsonderingen
Slagsonderingen worden uitgevoerd conform NEN-EN-ISO 22476-2:2005 en worden met name ingezet indien nog vastere vaste zand-/ of grindlagen moeten worden gepasseerd of op moeilijk bereikbare plaatsen die niet toegankelijk zijn voor zwaar materieel terwijl de ondergrond toch tot grotere diepte moet worden verkend.
Het uitvoeren van combinatiesonderingen is eveneens mogelijk waarbij in eerste instantie een normale elektrische sondering wordt gemaakt totdat deze vastloopt in bijv. een zeer vast zand-/grindpakket. Vervolgens wordt met behulp van een slagsondering het vaste zand-/grindpakket gesondeerd. Na passeren van dit pakket wordt weer verder gesondeerd met een normale elektrische sondeerconus. Zo zijn ondermeer in Zuid-Limburg sonderingen uitgevoerd tot ruim 50 m diepte door vaste grindlagen heen.
Seismische Sonderingen
Seismische sonderingen worden uitgevoerd indien meer inzicht gewenst is in het dynamisch gedrag van de ondergrond. Denk hierbij bijvoorbeeld aan het ontwerp van funderingen in aardbevingsgevoelige gebieden, maar ook voor dynamisch belaste funderingen zoals machinefundaties of windturbines. Ook bij het bepalen van de verwekingsgvoeligheid van de ondergrond (zinvol in aardbevingsgebieden of bij het bepalen van de kans op zettingsvloeiing bij onderwatertaluds) kunnen seismische sonderingen zinvol zijn.
SOCOTEC heeft een methodiek ontwikkeld waarbij de benodigde hamerslag automatisch en gecontroleerd kan worden gegeven. Het voordeel hiervan is dat de onregelmatigheden ten gevolge van een ongecontroleerde hamerslag kunnen worden geëlimineerd. Bovendien is het veel minder belastend voor de medewerkers.
Praktijkrichtlijn NPR 9888
Vooral in aardbevingsgebieden, zoals in Noord-Nederland, is het van belang zodanig te bouwen dat dynamisch grondgedrag bij trillingen tijdens het ontwerp inzichtelijk wordt gemaakt. Volgens de praktijkrichtlijn NPR 9888 dient te worden nagegaan of verwekingsgevoelige lagen aanwezig zijn die uiteindelijk kunnen resulteren in een verlies van draagkracht of verdichting van bodemlagen en daarmee zetting.
Het risico hierop kan ondermeer worden bepaald door het uitvoeren van seismisch onderzoek. Het ontwerp van de fundering kan hier dan op worden afgestemd (zie ook Aardbevingen Groningen).
Magnetometer Metingen
Magnetometer sonderingen kunnen echter ook worden ingezet om de lengte van een stalen damwand of funderingspalen te bepalen.
Bij een magnetometer sondering wordt feitelijk een verandering gemeten van het aardmagnetische veld door de aanwezigheid van ijzerhoudende objecten (zoals NGE of een damwand). De mate van wijzing van het magnetische veld is evenredig met de grootte van de ijzerhoudende objecten.
Tijdens het uitvoeren van een magnetometer sondering kunnen ook overige sondeerparameters worden gemeten zoals de conusweerstand, plaatselijke wrijving, helling en waterspanning.
Bolsondering En T-Bar Sondering
Bolsonderingen en T-bar sonderingen zijn zogenaamde Full Flow penetrometermetingen, in tegenstelling tot sonderingen welke met een conus worden uitgevoerd.
Full flow-penetrometertesten met Bol sondes en T-bar sondes onderscheiden zich op twee gebieden van de standaard sonderingen welke met een conus zijn uitgevoerd:
Hierdoor zijn sonderingen uitgevoerd met Bol sondes en T-bar sondes erg geschikte om aan de hand van de gemeten weerstand de ongedraineerde piekschuifsterkte en de residuele ongedraineerde schuifsterkte van slappe grondlagen (klei- en veenlagen) te bepalen.
Hierbij dient de gemeten weerstand van de Bol- of T-bar sonderingen dan middels de zogenaamde Nkt-factor te worden geijkt aan resultaten van Field Vane Testen (FVT) of aan de resultaten van in het laboratorium uitgevoerde Triaxiaalproeven of Direct Simple Shear proeven op ongeroerde grondmonsters.
Voor het uitvoeren van sonderingen met een Bol sonde of een T-bar sonde worden hetzelfde meetlichaam en data acquisitiesysteem gebruikt als bij sonderingen die worden uitgevoerd met een kegelvormige conus. Alleen wordt de kegelvormige conus dan vervangen door een Bol sonde of een T-bar sonde.
Nadeel van sonderingen uitgevoerd met de Bol sonde en T-bar sonde is dat bij deze sonderingen geen plaatselijke wrijving/kleef gemeten kan worden waardoor geen wrijvingsgetal kan worden vastgesteld en dus de classificatie van de verschillende grondsoorten (ernstig) wordt bemoeilijkt.
Sonderingen met de Bol-sonde kunnen met of zonder waterspanningsmeting worden uitgevoerd.
Om het nadeel van het ontbreken van de mogelijkheid om de aangetroffen ondergrond te kunnen classificeren bij Bol- en T-bar sonderingen, kunnen Bol- en T-bar sonderingen worden uitgevoerd in combinatie met standaard klasse 1 of klasse 2 sonderingen met waterspannings- en of kleefmeting.
Sonderingen Met Geleidbaarheidsmeting
Met een EC-sondering wordt de elektrische geleidbaarheid gemeten van de ondergrond. Aan de hand van de elektrische geleidbaarheid kan meer inzicht worden verkregen in de mogelijke aanwezigheid van verontreinigingen en/of het chloride gehalte (ligging grens zoet-/zoutwater).
Omdat de elektrische geleidbaarheid van de ondergrond afhankelijk is van het grondtype worden tijdens de uitvoering van een geleidbaarheidssondering ook de standaard sondeerparameters zoals conusweerstand, plaatselijke wrijving, helling eventueel aangevuld met waterspanning en temperatuur gemeten.
