Drijfzand

De koortsige patiënt vecht 's nachts om het hardst met zijn vochtig beddegoed en een overvloed aan irrelevante, maar o zo onaangename gedachten. Hoe gevaarlijk is, denkt hij als hij zojuist weer het hoofd onder de klamme lappen heeft uitgewerkt, hoe gevaarlijk is eigenlijk drijfzand? Zonk laatst niet op de televisie een heel paard weg in drijfzand en ligt ook niet heel Nederland vol met dit verraderlijke materiaal? Houdt de staketseldienst wel een oogje op de bordjes niet-betreden-gevaarlijk-terrein?

Maar mèt het virus verdwijnt de angst voor het zand. Binnen de gebaande paden loop ik geen enkel risico, realiseert de herstelde zich opgelucht, en bovendien: waarom zou een mens in drijfzand dieper wegzakken dan in water als drijfzand voor de helft uit water bestaat. Is het eigenlijk niet waarschijnlijker dat men in drijfzand juist veel minder wegzakt dan in water omdat het zware zand à la Archimedes de opwaartse kracht zo sterk vergroot? Is het gevaar van drijfzand niet een verdichtsel van Münchhausen en bakers, dat nooit werd weerlegd omdat niemand de proef op de som nam?

Dit is de aangewezen plaats om het gevaar van drijfzand eens serieus te onderzoeken want in deze rubriek zou geen bron of fabeltje worden weggehoond. Dat drijfzand bestáát blijkt uit het voorkomen van het lemma in de Winkler Prins dat het goedje definieert als: met water verzadigd zand waarin de zandkorrels een minder dichte pakking bezitten dan mogelijk is. Wordt er druk op drijfzand uitgeoefend dan gaat het lopen: loopzand.

In het Laboratorium voor Grondmechanica in Delft is de term loopzand niet gangbaar meer. Drijfzand kent men maar al te goed. Ir. J. Kruizinga, hoofd funderingstechniek en ondergrondse werken, beschrijft het als losgepakt zand waarin zoveel water is opgenomen dat de zandkorrels geen rechtstreeks contact meer met elkaar hebben en overal door een filmpje water van elkaar gescheiden zijn. Zand dat geen schuifkracht meer kan opnemen.

"Gewoon' zand waarin geleidelijk aan steeds meer water werd opgenomen kan door een lichte trilling, zoals van een zwakke aardbeving of zelfs een voetstap, zo worden losgeschud dat het van het ene moment op het andere verweekt en in drijfzand-conditie overgaat. Men ziet dat vaak gebeuren op het strand aan de vloedlijn bij opkomend water.

In Nederland vindt men echt drijfzand vooral bij verse opspuitterreinen, in zandputten ("zuigputten') en langs de dijken van Wester- en Oosterschelde als daar een dijkval dreigt. Ook mengsels van zand, modder en planteresten in laagveenmoerassen zouden zich als drijfzand (kunnen) gedragen. Echt drijfzand bevindt zich altijd in een heel labiele toestand die door het Engelse "quicksand' aardig wordt weergegeven.

Droog zand weegt per kubieke meter 1,6 à 1,7 ton. Raken alle poriën in het zand gevuld met water dan stijgt het "volumegewicht' tot ongeveer 2. Dat betekent dat het opdrijvend vermogen van drijfzand ongeveer twee keer zo groot is als van water en dat een mens er hoogstens tot zijn middel in kan wegzakken - vooropgesteld dat de wet van Archimes geldt: een lichaam dat geheel of gedeeltelijk in een vloeistof is ondergedompeld ondervindt daarvan een opwaartse kracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.

Kruizinga heeft over de geldigheid van "Archimedes' geen twijfels maar stond toch elementaire angsten uit toen laatst een klein gezinslid van hem in een soort drijfklei wegzakte. Woordvoerders van het Waterloopkundig Laboratorium in Marknesse en van de faculteit civiele techniek van de TU Delft raken pardoes in de war als ze het drijfzand-probleem tot zich laten doordringen. Hun verstand zegt dat de wet van Archimedes ook opgaat voor water met zand of klei maar de intuïtie drijft ze tot de uitspraak dat waarschijnlijk uitsluitend het water de opwaartse kracht zal leveren. Over één ding zijn de technici het eens: het experiment kan hier uitsluitsel geven en de aangewezen persoon in Nederland om wat dat betreft over drijfzand te spreken is prof.dr.ir. A. Verruijt van civiele techniek in Delft.

Toch kan ook de theorie al wel belangrijke aanwijzingen geven, want de wet van Archimedes mag dan proefondervindelijk gevonden zijn, hij is naderhand wel degelijk theoretisch onderbouwd. Het hoofdstuk "Fluid mechanics' van de Encyclopaedia Britannica, die ook hier weer de Prins met stukken slaat, geeft een heldere uitleg. De belangrijkste voorwaarde voor de geldigheid van "Archimedes' is (afgezien van een zekere homogeniteit en stabiliteit van de vloeistof) dat in de vloeistof geen schuifspanningen kunnen optreden en dat (dus) de wet van Pascal geldt: in elk punt van de vloeistof is de vloeistofdruk in alle richtingen even groot. In de praktijk is dat het geval bij weinig visceuze (dus "dunne') vloeistoffen die in rust verkeren. Nergens komt men als voorwaarde tegen dat de vloeistof een echte (moleculaire) oplossing is, er mogen wel degelijk grove vaste deeltjes, druppeltjes olie of belletjes gas in zijn opgenomen.

Als Delftenaar pur sang heeft Verruijt de pudding maar eens opgegeten: hij heeft het cruciale experiment uitgevoerd. ""Ik had al een paar jaar op college beweerd dat je in drijfzand niet kunt verdrinken en vond het dit jaar tijd geworden om het eens experimenteel aan te tonen. We hebben hier een tank van vier meter hoog en een paar meter breed waarin we de eigenschappen van zand onderzoeken. Daarin was met weinig moeite drijfzand te maken.''

Op verzoek van Verruijt (en met een Delftse beloning in het vooruitzicht) liet een student zich in het zand zakken en waarachtig: hij kwam niet verder dan zijn middel. De Britannica had het al voorspeld: in "quicksand' kan een lichaam niet wegzakken. Maar opgepast: ""Struggling may lead to loss of balance and drowning.'' Wel verdrinken dus, maar niet gewoon verdrinken.

De onverbiddelijke geldigheid van "Archimedes' brengt overigens met zich mee dat er waterige oplossingen zijn waarin men wèl de grootste risico's loopt. Dat zijn oplossingen waarin met een kunstgreep veel lucht of gas is aangebracht en die dus een erg laag volumegewicht bezitten. Wie in net-gestort en dus nog vloeibaar schuimbeton valt is al gauw reddeloos verloren.