Jellema 02 Onderbouw.pdf

JELLEMA 2 ONDERBOUW

06950416_voorwerk.indd 1

09-03-2005 11:20:25

II

omslagontwerp Marjan Gerritse, Amsterdam vormgeving binnenwerk Peter van Dongen, Amsterdam opmaak Van de Garde, Zaltbommel De uitgever heeft ernaar gestreefd de auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen. Degenen die desondanks menen zekere rechten te kunnen doen gelden, kunnen zich alsnog tot de uitgever wenden.

ThiemeMeulenhoff ontwikkelt leermiddelen voor: Primair Onderwijs, Algemeen Voortgezet Onderwijs, Beroepsonderwijs en Volwasseneneducatie en Hoger Beroepsonderwijs. Voor meer informatie over ThiemeMeulenhoff en een overzicht van onze leermiddelen: www.thiememeulenhoff.nl

ISBN 90 06 95041 6 Tweede druk, tweede oplage

© ThiemeMeulenhoff, Utrecht/Zutphen, 2005 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16B Auteurswet 1912 jo het Besluit van 20 juni 1974, Stb. 351, zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan Stichting Publicatie- en Reproductierechten Organisatie (PRO), Postbus 3060, 2130 KB Hoofddorp (www.cedar.nl/pro). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dient men zich tot de uitgever te wenden.

06950416_voorwerk.indd 2

19-12-2005 16:34:50

III

2

Bouwtechniek Onderbouw B werktuigbouwkundig en gas

06950416_voorwerk.indd 3

09-03-2005 11:20:25

IV

De serie Jellema Hogere Bouwkunde bestaat naast het inleidende deel uit drie reeksen boeken: bouwtechniek, bouwmethoden en bouwproces. Tezamen vormt de inhoud de onontbeerlijke basiskennis voor het hoger beroepsonderwijs en wetenschappelijk onderwijs. Ook deze vernieuwde uitgave is ontstaan vanuit de noodzakelijke interactie tussen het onderwijs enerzijds en het bedrijfsleven anderzijds. Beide sectoren leveren auteurs, maar zijn ook bereid tot het leveren van commentaar en kritiek in een voortdurende discussie tussen redactie, auteurs en het onderwijs.

Auteurs deel 2: ir. H.L. Jansen Senior Projectleider Adviesafdeling Geotechniek Fugro Ingenieursbureau b.v., Leidschendam ing. G.J.M. Janssen Adjunct directeur Fugro Ingenieursbureau b.v., Leidschendam drs. M. Muskens Milieukundig consultant Fugro Ingenieursbureau b.v., Leidschendam

De redactie: ir. K. Hofkes Docent Bouwkunde, Hogeschool INHOLLAND, Haarlem en Alkmaar ir. H. Brinksma Docent Bouwkunde, Hogeschool van Utrecht, Utrecht ir. A. van Tol Architect, Zwolle ir. M. Bonebakker Adviseur Bouwmanagement, Geesteren H.A.J. Flapper Bouwinnovator, Amsterdam ing. N. Zimmermann Architect, Amsterdam

06950416_voorwerk.indd 4

09-03-2005 11:21:00

V

1

JELLEMA

JELLEMA

JELLEMA

Serieoverzicht

2

7

10

3

8

11

4

9

12

www.jellema-online.nl

4

12

4

13

5

6

6

6

06950416_voorwerk.indd 5

09-03-2005 11:21:04

VI

Woord vooraf De aanzet tot elk gebouw, waar ook ter wereld, vereist een weloverwogen keuze van de onderbouw. Dit deel 2 uit de serie Jellema Hogere Bouwkunde is het eerste deel in de reeks Bouwtechniek. Dit boek behandelt de aspecten voor het ontwerpen en uitvoeren van funderingen. Waar nodig zijn relevante rekenvoorbeelden opgenomen, zoals een gewichtsberekening, het draagvermogen van een fundering op staal en van een fundering op palen. Het boek wordt afgesloten met een hoofdstuk over bodemverontreiniging en -sanering. De auteurs mei 2005

06950416_voorwerk.indd 6

09-03-2005 11:21:07

VII

Inhoud 1 Funderingen algemeen 1 Inleiding 2 1.1 Gegevens van het gebouw 3 1.2 Ondergrond 5 1.3 Overzicht typen funderingen 6 1.4 Invloeden bouwterrein, omgeving en organisatie 7 1.5 Gewichtsberekening 9 1.5.1 Belastingen op de fundering ter plaatse van de wand in stramien 5 11 1.5.2 Stabiliteit van de bovenbouw 12 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 16 2 De ondergrond 17 Inleiding 18 2.1 Grondsoorten 20 2.2 Geotechnisch grondonderzoek 23 2.2.1 Veldonderzoek 23 2.2.2 Grondboringen 31 2.2.3 Laboratoriumonderzoek 33 2.3 Grondmechanica 34 2.3.1 Verticale grond-, korrel- en waterspanning 34 2.3.2 Wrijvingshoek en cohesie 35 2.3.3 Horizontale grond-, korrel- en waterspanning 36 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 39 3 Fundering op staal 41 Inleiding 42 3.1 Funderingsconstructies op staal 43 3.1.1 Fundering op staal van metselwerk 43 3.1.2 Fundering op staal van gewapend beton 45 3.1.3 Doorgaande gewapendbetonplaat 47 3.1.4 Eenzijdige fundering (belendingen) 48 3.1.5 Fundering op poeren 50 3.2 Fundering op grondvervanging 53 3.2.1 Grondvervanging: methode met zandkoffer 53 3.2.2 Grondvervanging: de spaarmethode 53 3.2.3 Oppervlakteverdichting 54 3.3 Grondverbetering door diepteverdichting 55 3.4 Bestaande funderingen op staal 55 3.4.1 Ondermetselen, onderstromen 56 3.4.2 Grondverbetering door injectie 57

06950416_voorwerk.indd 7

3.4.3 Grondverbetering door jetgrouting 58 3.4.4 Tijdelijke grondverbetering door bevriezing 60 3.5 Berekening van de draagkracht 60 3.5.1 Bezwijkdraagkracht 61 3.5.2 Vormveranderingsdraagkracht 62 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 64 4 Fundering op palen 65 Inleiding 66 4.1 Houten palen 69 4.1.1 Houten palen met gemetselde fundering 69 4.1.2 Houten palen met betonopzetter 70 4.2 Prefab-betonpalen 73 4.3 In de grond gevormde betonpalen 75 4.3.1 Keuzecriteria 78 4.4 Speciale palen 79 4.4.1 Geheide stalen buispalen 81 4.4.2 Geschroefde stalen buispalen 82 4.4.3 Injectiepalen 83 4.5 Berekening van de draagkracht 84 4.5.1 Negatieve kleef 85 4.5.2 Schachtweerstand 85 4.5.3 Puntweerstand 86 4.5.4 Toetsing van de draagkracht 87 4.5.5 Verticale zakking van palen 87 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 90 5 Ontwerp en uitvoering 91 Inleiding 92 5.1 Kruipruimte 92 5.2 Funderingsdetails 96 5.2.1 Dimensionering 96 5.2.2 Prefab-funderingsbalken 99 5.3 Rekenvoorbeeld: constructieberekening 100 5.3.1 Gewichtsberekening 100 5.3.2 Fundering op staal 103 5.3.3 Alternatieve oplossing voor een fundering op staal 107 5.3.4 Fundering op palen 108 5.4 Bouwrijp maken van het bouwterrein 111 5.5 Fundering op staal: grondwerk 112 5.6 Fundering op palen: heiwerk 113 5.6.1 Keuze van een heimachine 115 5.6.2 Paalafwijkingen 117 5.7 Keuze en uitvoering van de werkvloer 118 5.7.1 Vloeibeton 118 5.7.2 Schuimbeton 119 5.7.3 Geëxpandeerde kleikorrels (Argex) 120

19-12-2005 16:35:52

VIII

5.8 Keuze en uitvoering van de betonbekisting 121 5.8.1 Eisen ten aanzien van een bekisting 121 5.8.2 Uitvoeren van PS-funderingsbekisting 123 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 124

7.4.1 Bodembeschermende voorzieningen (Wbb) 165 7.4.2 Bouwstoffenbesluit (WVO) 166 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 168 Register 169

6 Bouwputten en kelders 125 Inleiding 126 6.1 Grondkering 127 6.1.1 Berliner wand 127 6.1.2 Damwanden 127 6.1.3 Grondankers 129 6.1.4 Diepwand 131 6.1.5 Grondkering door injectie en jetgrouten 134 6.2 Drooghouden van de bouwput 134 6.2.1 Open bemaling 134 6.2.2 Horizontale bemaling 135 6.2.3 Verticale bemaling 135 6.2.4 Gevolgen van verlagingen 137 6.2.5 Retourbemaling 137 6.2.6 Afdichting door injectie van de grond 138 6.3 Kelders 138 6.3.1 Grond- en waterdruk 140 6.3.2 Kelders van gewapend beton 140 6.3.3 Kelders op staal 144 6.3.4 Kelders op palen 145 6.4 Meervoudig ruimtegebruik 146 6.4.1 Redenen om ondergronds te gaan 148 6.4.2 Wat kunnen we ondergronds? 148 6.4.3 Kenmerken van ondergronds bouwen in Nederland 151 6.4.4 Toekomst van ondergronds bouwen in Nederland 151 Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 152 7 Bodemverontreiniging en bodemsanering 153 Inleiding 154 7.1 Wat is bodemverontreiniging? 154 7.1.1 Verontreinigende stoffen 154 7.1.2 Schaal 155 7.1.3 Stofgedrag 155 7.1.4 Risicobeoordeling 156 7.2 Milieukundig onderzoek 157 7.3 Aanpak van bodemverontreinigingen 160 7.3.1 Wettelijke regelingen bodemverontreiniging 160 7.3.2 Saneringsmethoden 160 7.4 Bodembescherming 165

06950416_voorwerk.indd 8

09-03-2005 11:21:07

Funderingen algemeen

1

ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

De fundering van een bouwwerk is de constructie die het gebouwgewicht overbrengt naar een draagkrachtige grondlaag. In Nederland bestaan de draagkrachtige grondlagen hoofdzakelijk uit vast gepakt zand. Indien de draagkrachtige grondlaag zich vlak onder het maaiveld bevindt, dan kan hierop rechtstreeks worden gefundeerd. Er is dan sprake van een zogenaamde ‘fundering op staal’. Bevindt de draagkrachtige grondlaag zich op grote diepte onder het maaiveld, dan is meestal een fundering op palen nodig. De palen overbruggen hierbij de afstand tussen gebouw en draagkrachtige grondlaag. Beide funderingstypen komen in Nederland voor. In het westen van het land wordt hoofdzakelijk op palen gefundeerd, terwijl in het oosten van het land meestal een (goedkopere) ‘fundering op staal’ wordt toegepast.

06950416_h01.indd 1

09-03-2005 11:36:31

2

Inleiding De fundering van een bouwwerk is de constructie die de belasting van het gebouw overbrengt op de daaronder gelegen draagkrachtige grondlagen, en wel zo, dat geen grotere zettingen (zakkingen) of zettingsverschillen optreden dan

voor het bouwwerk toelaatbaar zijn. In Nederland bestaan de draagkrachtige lagen hoofdzakelijk uit vast gepakt zand. In het buitenland wordt ook gefundeerd op onder andere sterk samengedrukte kleilagen en uiteraard op rotsbodem. Bij het ontwerpen van een fundering gaat het om de verbinding tussen het bouwwerk en de draagkrachtige grondlagen, figuur 1.1 en 1.2. Enerzijds zal daarom kennis nodig zijn omtrent de constructie, bestemming en inrichting van het gebouw. Aan de hand van deze gegevens wordt een gewichtsberekening gemaakt die de verschillende belastingen en de verdeling daarvan over de fundering geeft. Anderzijds is kennis van de ondergrond nodig om te weten hoe belastingen hierop veilig kunnen worden overgebracht.

G fundering

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.1 Fundering brengt gewicht gebouw over op

Zettingen Zettingen, maar vooral zettingsverschillen kunnen scheuren en zelfs verschuivingen veroorzaken. Om zettingsverschillen te kunnen overbruggen dient een fundering niet alleen sterk maar ook voldoende stijf te zijn.

draagkrachtige laag

Niettegenstaande de snelle ontwikkelingen van toegepaste mechanica en grondmechanica in de laatste decennia, is er nog altijd een aantal onzekerheden betreffende de funderingsconstructie. De invloed hiervan kunnen we sterk verminderen door een zekere stijfheid aan de constructie te geven. Daarbij zijn een constructief gevoel en praktisch inzicht ook van groot belang.

G fundering

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.2 Funderingsconstructie zorgt voor evenwicht/ stabiliteit

06950416_h01.indd 2

Wanneer we verschuivingen in de ondergrond (die een enkele maal in ons land kunnen optreden, bijvoorbeeld in de mijngebieden van ZuidLimburg) buiten beschouwing laten, kunnen we drie soorten zettingen met betrekking tot het gebouw, figuur 1.3, onderscheiden: 1 het gebouw kan in zijn geheel zakken; 2 het gebouw kan scheef zakken; 3 bepaalde onderdelen kunnen meer zakken dan andere. Het eerste geval veroorzaakt in de regel weinig narigheid, mits de totale zetting maar gering

09-03-2005 11:36:33

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

y

G x

G

fundering

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.3 Zettingen (gelijkmatig/ongelijkmatig)

is en niet blijft voortduren. Indien een gebouw blijft zakken, dan zijn zeer kostbare ingrepen noodzakelijk. Het tweede geval kan wel onaangenaam zijn, ook in esthetisch opzicht. Het laatste geval, de ongelijke zetting, levert gevaar op, omdat hierdoor scheuren kunnen ontstaan. Een voldoende stijfheid met bijpassende sterkte van de fundering kan deze ongelijke zetting verminderen en zelfs geheel tegengaan. Hierbij geniet een constructie in gewapend beton de voorkeur.

Nederlandse praktijkrichtlijnen (NPR’s) en de productnormen). De belastingen omvatten onder andere: • permanente belastingen (G), zoals het eigen gewicht van het gebouw; • veranderlijke belastingen (Q), bijvoorbeeld door meubilair en personen, of door sneeuw; • veranderlijke windbelastingen (QW); • bijzondere belastingen (FA), zoals door aanrijdingen, explosies en brand. NEN 6702 (TGB-1990, Belastingen en vervormingen ) geeft voor de veranderlijke belastingen twee waarden: 1 de extreme waarde van de veranderlijke belasting (Qe); dit is een hoge belasting die een enkele maal kan optreden gedurende de levensduur van de constructie. Voorbeeld: een extreem zware storm of een extreem aantal personen op een verjaardagspartijtje of als toeschouwers van een optocht op een dak; 2 de momentane waarde van de veranderlijke belasting (Qm); dit is de belasting die gemiddeld altijd aanwezig is. In de voorschriften (normen) staat beschreven hoe de genoemde belastingen dienen te worden gecombineerd tot zogenaamde belastingsgevallen, figuur 1.4.

Qw

Als aanvulling op de informatie in de hierna volgende paragrafen en hoofdstukken kun je gebruikmaken van het door de Stichting Bouwresearch (SBR) opgestelde Handboek Funderingen. Dit is een losbladige uitgave die jaarlijks wordt geactualiseerd.

1.1 Gegevens van het gebouw Voor wat betreft de belastingen die door het gebouw worden uitgeoefend op de fundering, zijn er afspraken gemaakt die zijn vastgelegd in zogenaamde normen (we onderscheiden onder andere de Nederlandse normen (NEN’s), de

06950416_h01.indd 3

3

G+Q fundering

+

uit G+Q uit Qw

Figuur 1.4 Belastingen (druk/trek)

09-03-2005 11:36:34

4

De afdracht van de belastingen op de fundering is afhankelijk van het gekozen constructiesysteem. Deze keuze wordt enerzijds bepaald

fundering

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

door de gebruikseisen die aan het gebouw worden gesteld, anderzijds door de wenselijkheid om de belastingen op een zo eenvoudig en doorzichtig mogelijke manier over te brengen op de fundering. In de belastingsafdracht op de fundering kunnen we de volgende typen onderscheiden: • lijnlasten (gestapelde bouw), figuur 1.5; • plaatselijk hoge belastingen (liftschachten, kernen, schoorstenen, hoge vloerbelastingen, machines, silo’s, enzovoort); • puntlasten (skelet- en spantbouw). Ook de vorm van het gebouw heeft grote invloed op het funderingsontwerp. Bij homogene bouwmassa’s is er sprake van een zich steeds repeterend funderingsysteem. Heterogene bouwmassa’s (hoog/laag, gedeeltelijke onderkelderingen, liftputten) veroorzaken een verstoring in het funderingspatroon. Vaak is het noodzakelijk om, in verband met ongelijke zettingen, de verschil-

Qw

Figuur 1.5 Lijnlast

Qw

stabiliteitswand

Qw

dilatatie

Qw

kelder samendrukbare laag

draagkrachtige laag

schaal 1 : 200

Figuur 1.6 Heterogene bouwmassa

06950416_h01.indd 4

09-03-2005 11:36:37

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

lende bouwdelen afzonderlijk te funderen. De bouwdelen worden dan gescheiden door een verticale voeg (dilatatie), figuur 1.6. Spantconstructies oefenen op de fundering niet alleen verticale belastingen uit, maar leveren ook horizontale belastingen (spatkrachten), figuur 1.7. Machines die sterke trillingen veroorzaken, worden vaak op een afzonderlijke fundering geplaatst. Dit zogenaamde funderingsblok (zeer grote massa vereist) staat dan volkomen los van de overige fundatie. De fundering bij skelet- of spantbouw bestaat uit een verzameling van plaatselijke funderingspunten, de zogenaamde poeren, figuur 1.8. Het begrip poer is de benaming voor een, meestal vierkant of rechthoekig, funderingsblok van metselwerk of beton (in tegenstelling tot lijnvormige funderingsconstructies, zoals stroken en balken).

s

s

trillingen

Figuur 1.7 Spatkrachten/machinefundatie

Figuur 1.8 Poer

06950416_h01.indd 5

5

1.2 Ondergrond Om tot een verantwoorde en goede keuze van een fundering te komen is kennis van de bodem ter plaatse van het te bouwen project noodzakelijk. De draagkracht van een fundering wordt bepaald door een aantal factoren met betrekking tot de ondergrond. De belangrijkste zijn: • de plaatselijke samenstelling van de grond. Het is van belang inzicht te krijgen in de mate waarin zettingen en vervormingen te verwachten zijn; • de diepte van de draagkrachtige lagen en de dikte daarvan. Kennis van de ligging van de draagkrachtige lagen is noodzakelijk bij de keuze van het type fundering in relatie tot de daarop toe te laten belastingen; • de grondwaterstand. Toekomstige verlagingen van het grondwater, die in polders nogal eens voorkomen, kunnen soms aanzienlijke zettingen teweegbrengen. Daarnaast is het van belang de grondwaterstand te kennen in verband met de aanleg van kelders en het uitvoeren van bemalingen voor funderingsputten. De studie van grond als bouwmateriaal is betrekkelijk laat gestart. Wel werd de wordingsgeschiedenis van de aardkorst, de geologie, al heel lang wetenschappelijk onderzocht. De grondmechanica, die de grond op zijn mechanische eigenschappen beschrijft, is echter een relatief jong vak. Bij het grondonderzoek onderscheiden we: • veldonderzoek; • laboratoriumonderzoek. Een voorbeeld van een veldonderzoek is het zogenaamde sonderen (= peilen). Hiermee worden de draagkracht en de wrijvingsweerstand van de grondlagen onderzocht. Dit gebeurt door het in de grond drukken van een stalen buis (diameter 36 mm), voorzien van een binnenstang met aan de onderkant een kegelvormige punt (de conus), figuur 1.9. De conusweerstanden en de wrijvingsweerstanden worden in een grafiek (sondering) uitgezet ten opzichte van de diepte, figuur 1.10. Sonderingen bespreken we verder in hoofdstuk 2, subparagraaf 2.2.1, waar ook de elektrische sondeerconus aan de orde komt.

09-03-2005 11:36:38

6

sondeerstang

mantelbuis

10 cm2

conus

60° ø 36

Figuur 1.9 Principe mechanische sondeerconus

conusweerstand 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 qc [MN/m2]

1

De samenstelling van de grond moet in het laboratorium worden onderzocht. Laboratoriumonderzoek wordt verder behandeld in hoofdstuk 2, subparagraaf 2.2.2. In ons land is in 1934 in Delft een laboratorium voor grondmechanica opgericht. Daar zijn door prof. ir A.S. Keverling Buisman tal van succesvolle onderzoekingen verricht. Er zijn tegenwoordig ook vele bedrijven en ingenieursbureaus die zich met grondonderzoek en grondmechanica bezighouden. Naast het grondmechanisch onderzoek kennen we ook het onderzoek op bodemverontreinigingen (zware metalen, minerale oliën, enzovoort). Veelal wordt een dergelijk onderzoek door de verschillende overheidsinstanties verplicht gesteld, zie hoofdstuk 7.

2

1.3 Overzicht typen funderingen Globaal worden drie typen funderingen onderscheiden: 1 fundering op staal; 2 fundering op palen; 3 tussenvormen.

3 4 5 6 7

1 Fundering op staal Dit is de Nederlandse benaming voor een ‘ondiep’ aangelegde fundering waarbij de krachten uit de bouwconstructie via plaat- of strookachtige elementen of via poeren in de bodem worden geleid, figuur 1.11.

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 z [m]

fs [MN/m2] 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5 wrijvingsweerstand

draagkrachtige laag

Figuur 1.10 Veldonderzoek (sonderingsgrafiek) Figuur 1.11 Fundering op staal (vorstvrije aanleg)

06950416_h01.indd 6

09-03-2005 11:36:40



1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

2  Fundering op palen Dit is de benaming voor een ‘diep’ aangelegde fundering waarbij de krachten uit de bouwconstructie via palen (hout, beton, staal) worden afgevoerd naar een dieper gelegen draagkrachtige laag, figuur 1.12.



fundering op grondvervanging, zie figuur 1.13. Economisch gezien is deze methode vaak alleen aantrekkelijk als de slecht draagkrachtige laag niet dikker is dan 1,0 of hooguit 2,0 m en geen dure aanvullende maatregelen nodig zijn zoals een kunstmatige verlaging van de grondwaterstand (bemaling)en/of een tijdelijke grondkering (damwand). De draagkracht van een los gepakte bovenlaag van zand is ook te verbeteren door middel van verdichting door trillen of door injecteren van het zand met cement of met chemische stoffen.

1.4  Invloeden bouwterrein, omgeving en organisatie fundering samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.12  Fundering op palen

3  Fundering op grondvervanging Wanneer we grondsoorten met onvoldoende draagkracht voor een fundering op staal aantreffen, kunnen deze worden afgegraven en vervangen door zuiver zand. We spreken dan van een

samendrukbare laag

draagkrachtige laag grondvervanging (zand)

Figuur 1.13  Fundering op grondvervanging

06950416_h01.indd 7

De keuze van de fundering wordt niet alleen bepaald door de geschiktheid van de ondergrond en de ligging van draagkrachtige lagen. Ook het gebouwontwerp en het bouwterrein zijn bepalend voor de keuze van het funderingssysteem. Om tot een optimale funderingskeuze te komen, gaat dus een analyse van de bouwkundige en constructieve criteria vanuit het gebouwontwerp vooraf aan het funderingsontwerp. Bij deze analyse dienen de volgende punten in beschouwing te worden genomen: 1  bereikbaarheid van het bouwterrein; 2  werkruimte op het bouwterrein; 3  aanwezigheid van obstakels in de bodem; 4  beschikbare tijd en organisatie. 1  Bereikbaarheid De bereikbaarheid van het bouwterrein is vaak van invloed op de keuze van een paalsysteem. Het kan bijvoorbeeld onmogelijk zijn om lange prefab-betonpalen aan te voeren. Een systeem waarbij de palen in segmenten in de grond worden aangebracht, kan dan de oplossing zijn, figuur 1.14. Dezelfde overwegingen gelden voor het toepassen van een prefab-funderingsysteem. Soms is echter alleen een in het werk te storten betonfundering mogelijk. 2  Werkruimte De beschikbare werkruimte op een bouwterrein stelt ook beperkingen aan de te ontwerpen fundering. Hierbij kunnen vooral de belendende gebouwen een hinderende factor zijn.

27-12-2005 09:54:17

8

segmenten

afwerking (invullen wanden)

paal

Een aanlegniveau van een nieuwe fundering beneden het aanlegniveau van een bestaand gebouw is wel mogelijk, maar is zeer kostbaar, omdat speciale voorzieningen moeten worden getroffen: • indien de belending op staal is gefundeerd, is een ontgraving beneden het bestaande funderingsniveau zeer gevaarlijk in verband met

snelle opbouw

hijskraan

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.14 Bereikbaarheid van het bouwterrein

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.15 Belendingen (fundering op staal)

Een relatief dure oplossing, zoals een staalskeletbouw waarbij later de wandvlakken worden ingevuld met dragend metselwerk, kan in verband met de snellere bouwtijd toch tot een goedkopere oplossing leiden. Het voordeel van een dergelijk systeem is dat bij de afwerking op de bovenste bouwlaag kan worden begonnen: er kan ‘schoon’ naar het maaiveld worden afgezakt. Er moet echter, bij het ontwerp van de fundering, rekening worden gehouden met de verschillende montagestadia: er is een periode tijdens de uitvoering, waarbij er sprake is van skeletbouw, terwijl in een latere periode de constructie over gaat in zogenaamde stapelbouw. Figuur 1.16 Bouwstroom

06950416_h01.indd 8

09-03-2005 11:36:44

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

9

samendrukbare laag

gelijk niveau

afstand tot bestaande palen

funderingsresten

draagkrachtige laag

Figuur 1.17 Belendingen (fundering op palen)

verschuivingen; er kan onder het bestaande gebouw een zogenaamd glijvlak in de grond ontstaan, figuur 1.15; • is de belending op palen gefundeerd, dan moet voorkomen worden dat de draagkracht van de bestaande palen wordt verstoord door het inbrengen van de nieuwe palen. Dit stelt eisen aan het paaltype en de diepte. Bij een kleine tussenafstand verdient het daarom veelal aanbeveling geen langere palen te gebruiken dan de bestaande palen, figuur 1.17. 3 Obstakels in de bodem Obstakels in de bodem (leidingen, kabels, oude funderingsresten) stellen speciale eisen aan het funderingsontwerp. Nog in gebruik zijnde leidingen en kabels dienen, in verband met hun bereikbaarheid, te worden omgelegd. Oude funderingsresten moeten eerst verwijderd worden. Het is echter ook mogelijk om een fundering zodanig te ontwerpen, dat een overbrugging wordt gemaakt over de bestaande funderingsresten heen, figuur 1.18.

06950416_h01.indd 9

samendrukbare laag

draagkrachtige laag

Figuur 1.18 Overbruggingsconstructie

4 Beschikbare bouwtijd De beschikbare bouwtijd en de daarmee samenhangende organisatie van de bouwstromen hebben grote invloed op het te kiezen bouwsysteem. De levertijd en de inbrengsnelheid van paalsystemen dienen te worden afgewogen ten opzichte van de kosten.

1.5 Gewichtsberekening Bij de berekening van bouwconstructies dienen we uit te gaan van de eisen die zijn gesteld in de Technische Grondslagen voor Bouwconstructies, de zogenaamde TGB’s. De belastingen die moeten worden aangehouden voor de berekening van

09-03-2005 11:36:45

10

• • •

gebouwen, kunnen worden ontleend aan de TGB-1990, Belastingen en vervormingen (NEN 6702). Aan de hand van de in figuur 1.19 getoonde beton-gietbouw, bestaande uit vijf traveeën en drie bouwlagen, wordt een globale indruk gegeven van de belastingen die in rekening moeten worden gebracht en de afdracht van deze belastingen naar de fundering. Het gebouw heeft een zogenaamde woonfunctie.

de vloeren en het dak zijn 180 mm dik; de galerijvloeren zijn 120 mm dik; de vloeren en galerijen hebben een afwerklaag van 30 mm zand-cementspecie; • de dakvloer heeft een afschotlaag van gemiddeld 60 mm zand-cementspecie; • alle betonwanden zijn 200 mm dik. Figuur 1.20 tot en met 1.22 geven respectievelijk een horizontale en twee verticale doorsneden door het gebouw. De in rekening te brengen belastingen zijn: • de permanente belasting (G); • de veranderlijke verticale belasting (Q); • de veranderlijke windbelasting (QW). Deze belastingen dienen te worden gecombineerd overeenkomstig de TBG-1990, Belastingen en vervormingen (NEN 6702). Vrij vertaald luiden de zogenaamde fundamentele belastingcombinaties voor het toetsen of de uiterste grenstoestand (bezwijken) wordt overschreden:

Figuur 1.19 Bouwwerk in beton-gietbouw

I 1,2 G + 1,5 Qm; p + 1,5 Qe; w II 1,35 G

Verdere gegevens zijn: 1

2

3 4800

4 4800

5 4800

6 4800

1200

4800

4800

C

4800

B

1200

A

schaal 1 : 200

Figuur 1.20 Verdiepingsvloer

06950416_h01.indd 10

09-03-2005 11:36:47

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

A 1200

9600 8400

A

1200

C 12000

600

1200

9600

1200

2200

2200 500

2700

2700

2700

2700

600

C

11

schaal 1 : 200

schaal 1 : 200

Figuur 1.21 Wand in stramien 5

Figuur 1.22 Wand in stramien 6

waarin: G = som van de representatieve waarden van de permanente belastingen Qm; p = som van de representatieve waarden van de momentane (veranderlijke) belastingen door personen, meubilair en aankleding Qe; w = som van de representatieve waarden van de extreme windbelastingen. Uit de berekening blijkt dat voor deze relatief zware beton-gietbouw de tweede combinatie (1,35 G) maatgevend is voor de toetsing van de fundering met betrekking tot de uiterste grenstoestand. Voor de bruikbaarheidsgrenstoestand (zettingen, vervormingen) dienen andere belastingscombinaties te worden beschouwd (zie hiervoor NEN 6702). Figuur 1.23 toont de berekening van de vierkantemeterbelastingen voor de verschillende bouwelementen, zoals dak, vloeren, wanden en gevels De belastingen dienen te worden gesplitst in: • permanente belastingen; • veranderlijke belastingen.

terwijl voor de windbelasting de extreme waarde is bepaald. Redenen hiervoor zijn: • extreme windbelasting hoeft niet te worden gecombineerd met een extreme belasting door personen; • een combinatie van momentane windbelasting met extreme belasting door personen is niet maatgevend. Dit komt omdat voor de windbelasting een momentane waarde van nul mag worden aangehouden (zie NEN 6702).

De splitsing is noodzakelijk omdat deze belastingen dienen te worden vermenigvuldigd met afwijkende belastingsfactoren. Voor de veranderlijke belasting door personen, meubilair en aankleding zijn de momentane waarden berekend,

06950416_h01.indd 11

1.5.1 Belastingen op de fundering ter plaatse van de wand in stramien 5 Figuur 1.24 toont de gewichtsberekening van de permanente belasting voor de wand in stramien 5. Figuur 1.25 toont de gewichtsberekening van de momentaan veranderlijke belasting door personen, meubilair en aankleding voor de wand in stramien 5. Figuur 1.26 toont de gewichtsberekening van de extreem veranderlijke windbelasting voor de wand in stramien 5. Figuur 1.27 toont de gewichtsberekening van de belastingscombinaties, permanent en veranderlijk, voor de wand in stramien 5.

De totale belasting wordt verkregen door de permanente en veranderlijke belasting te vermenigvuldigen met een belastingsfactor.

09-03-2005 11:36:48

12

Berekeningsblad Permanente belastingen: Dak: beton afschotlaag dakbedekking

0,18 × 24 = 4,3 kN/m2 0,06 × 20 = 1,2 kN/m2 0,1 kN/m2 5,6 kN/m2

Galerijvloeren: beton drukafwerklaag

0,12 × 24 = 2,9 kN/m2 0,03 × 20 = 0,6 kN/m2 3,5 kN/m2

Overige vloeren: beton afwerklaag lichte scheidingswanden

0,18 × 24 = 4,3 kN/m2 0,03 × 20 = 0,6 kN/m2 = 0,5 kN/m2 5,4 kN/m2

Gevels per bouwlaag: 1 m metselwerk 1/1 st. glaspui

= 4,0 kN/m1 = 1,0 kN/m1 5,0 kN/m1

Veranderlijke verticale (momentane) belastingen Dak: 0,00 kN/m2 Vloeren: 0,70 kN/m2 Galerij: 1,25 kN/m2 Trappenhuis: 1,00 kN/m2 Veranderlijke extreme windbelasting: Voor de fundering behoeft alleen gerekend te worden op winddruk, windzuiging en windwrijving. De belastingen worden verkregen door de stuwwaarde volgens de TGB te vermenigvuldigen met windvormfactoren. Stuwdrukwaarde: Pw = 0,46 kN/m2 (gebied III, bebouwde omgeving) Windvormfactoren: Cd = 0,8 (druk) Cz = 0,4 (zuiging) Cw = 0,04 (wrijving) De extreme windbelasting (druk + zuiging, met verwaarlozing van de windwrijving) bedraagt: Pw = (0,8 + 0,4) × 0,46 = 0,55 kN/m2 te rekenen loodrecht op de gevels

Figuur 1.23 Aangehouden belastingen

1.5.2 Stabiliteit van de bovenbouw De kantelzekerheid van het gebouw moet in twee richtingen worden aangetoond (dwars- en langsstabiliteit). De dwarsstabiliteit wordt verzekerd door de bouwmuren in de stramienen 1 tot en met 6. De langsstabiliteit wordt verzekerd door de wand in stramien B, meestal gesitueerd ter plaatse van een trappenhuis, figuur 1.28. De berekeningen laten zien, dat in het geval van dit relatief lage flatgebouw, er geen problemen optreden: de verticale belasting ten gevolge van het eigen gewicht is vele malen groter dan de opwaartse belasting door de wind. Wel dient bij de toetsing van de stabiliteit, de representatieve waarde van het eigen gewicht

06950416_h01.indd 12

met een belastingsfactor van 0,9 te worden vermenigvuldigd (gunstig werkend), terwijl de representatieve waarde van de veranderlijke belasting door personen, meubilair en aankleding op nul dient te worden gesteld. Immers, alle neerkomende belastingen werken ‘gunstig’ voor wat betreft de kantelzekerheid. Ook moet worden nagegaan of de volledige belasting van de dwarswanden als tegenwicht in rekening mag worden gebracht. In het geval van deze betongietbouw lijkt dit juist in verband met de sterkte en stijfheid van de wanden. In het geval van gemetselde wanden of van wanden met doorgangen mag slechts een klein gedeelte van het wandgewicht worden meegeteld (meewerkende breedte).

09-03-2005 11:36:48

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

13

Berekeningsblad

A

C

1200

9600

1200

Belastingsschema fundering G = dak 12,0 × 4,8 × 5,6 vloer 2e verd. 9,6 × 4,8 × 5,4 galerij 2e verd. 2,4 × 4,8 × 3,5 vloer 1e verd. galerij 1e verd betonwand (3 × 2,52 × 9,6- 2,2 × 8,4) × 0,2 × 24 gevels 2 × 3 × 4,8 × 5,0

G

F = 0,5 G = 0,5 × 1304

F = 652 kN

F = 652 kN

q = 26 kN/m1

= = = = =

322 249 40 249 40

kN kN kN kN kN

= 260 kN = 144 kN 1304 kN = 652 kN

q = beganegrondvloer 4,8 × 5,4 = 26 kN/m1 De aangegeven belastingen zijn representatieve waarden. In dit voorbeeld is slechts één belastinggeval beschouwd. In werkelijkheid moeten we meer belastinggevallen beschouwen, aangezien vooraf niet bekend is welk geval maatgevend is.

Figuur 1.24 Permanente belasting, wand in stramien 5

Berekeningsblad Belastingsschema fundering A 1200

C 9600

1200

Q = dak vloer galerij vloer galerij

2e verd. 9,6 × 4,6 × 0,70 2e verd. 2,4 × 4,8 × 1,25 1e verd. 1e verd.

= = = = =

Q

0 31 14 31 14

kN kN kN kN kN

90 kN F = 0,5 Q = 0,5 × 90

=

q = beganegrondvloer 4,8 × 0,70

= 45 kN =

3 kN/m1

De aangegeven belastingen zijn representatieve waarden. F = 45 kN

F = 45 kN q = 3 kN/m1

Figuur 1.25 Veranderlijke belasting, wand in stramien 5

06950416_h01.indd 13

09-03-2005 11:36:49

14

Berekeningsblad Belastingsschema fundering A

C

1200

9600

1200

Qw = 8,1 × 4,8 × 0,55 = 22 kN Mw = 0,5 × 8,1 × 22 Fw =

89 9

= 89 kNm = 10 kN

De aangegeven belastingen zijn representatieve waarden.

4050

Qw

Fw = 10 kN

Fw = 10 kN 9000

Qw

Figuur 1.26 Windbelasting, wand in stramien 5

Berekeningsblad A 1200

C 9600

1200

Belastingsschema fundering I F = 1,2 × 652 + 1,5 × 45 + 1,5 × 10 = 865 kN q = 1,2 × 26 + 1,5 × 3

=

II F = 1,35 × 652

36 kN/m1

= 880 kN

q = 1,35 × 26

=

35 kN/m1

Combinatie II (1,35 G) is maatgevend. De aangegeven belastingen zijn representatieve waarden. F = 865 kN

F = 865 kN

F = 865 kN

q = 36 kN/m1

F = 865 kN

q = 36 kN/m1

Figuur 1.27 Belastingscombinaties (uiterste grenstoestand), wand in stramien 5

06950416_h01.indd 14

09-03-2005 11:36:51

1 FUNDERINGEN ALGEMEEN

15

Berekeningsblad 6

1 24000 9600

neerwaartse belasting op kern

4050

Qw1

Qw2

4050

wand

R1

R2

R3

R4

R5

R6 schaal 1 : 200

Rw

Rw

Belastingsschema fundering Representatieve waarden voor de windbelastingen: Qw1 = windwrijving dakvlak:

12 × 24 × 0,04 × 0,46

=

5 kN

Qw2 = winddruk + windzuiging: 8,1 × 9,6 × (0,8 + 0,4) × 0,46 = 43 kN windwrijving op gevels:

2 × 8,1 × 24 × 0,04 × 0,46

=

7 kN

windwrijving op galerijen: 2 × 5 × 1,2 × 24 × 0,04 × 0,46 =

5 kN 55 kN

De aangegeven belastingen zijn rekenwaarden. Figuur 1.28 Langsdoorsnede (stabiliteit)

06950416_h01.indd 15

09-03-2005 11:36:52

16

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur Handboek Funderingen. SBR, Ten Hagen Stam, losbladige uitgave met jaarlijkse aanvullingen. Normen NEN 6702 Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 - Belastingen en vervormingen

06950416_h01.indd 16

09-03-2005 11:36:52

De ondergrond

2

ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

De methode van funderen wordt hoofdzakelijk bepaald door de samenstelling van de ondergrond. Onder samenstelling verstaan we de grondsoorten die plaatselijk aanwezig zijn, de opbouw van de lagen en de mechanische eigenschappen van de grondsoorten. Kennis van de geologie ofwel de geschiedenis van het ontstaan van de aardkorst is belangrijk: aan de hand van geologische kaarten weten we de globale opbouw van de grondlagen. Door veldonderzoek, zoals sonderen en het nemen van grondmonsters, kunnen we meer gedetailleerde gegevens verkrijgen. In het laboratorium kunnen we door middel van proeven de mechanische eigenschappen van de grond, zoals de samendrukbaarheid, bepalen. Hierna wordt beslist welk funderingstype het beste kan worden toegepast. Met behulp van grondmechanische berekeningen wordt dan de definitieve fundering ontworpen.

06950416_h02.indd 17

09-03-2005 11:52:50

18

Inleiding

holoceen

kern

10000 jaar

Figuur 2.2 Aarde/aardkorst

kwartair

2 miljoen jaar

pleistoceen

tertiair secundair

5000 miljoen jaar

primair precambrium Figuur 2.1 Tijdperken

Door de beweging van de aarde in het planetenstelsel en de ronddraaiende beweging om haar eigen as werd de aarde ongeveer bolvormig met afplattingen aan de polen. De vaste korst is ongeveer 50 km dik, figuur 2.2. Hieronder bevinden zich nog steeds vloeibare gesteenten, die zo nu en dan door vulkanische uitbarstingen of erupties naar buiten komen. Hierdoor ontstaan de uitvloeiingsgesteenten, zoals basalt en lava. De gesteenten die op deze wijze zijn ontstaan en zich bevinden aan de oppervlakte, zijn blootgesteld aan de invloed van de vrije atmosfeer, de luchtlaag die de aarde omgeeft. Wind, regen en zon hebben vrij spel. De verweerde gesteenten worden eerst meegevoerd door rivieren, de zee of de wind en daarna vindt afzetting of sedimentatie plaats. We spreken dan van resp. fluviatiele afzetting, mariene afzetting en eolische afzetting.

06950416_h02.indd 18

6. 30 0

Om een beter begrip te krijgen van het ontstaan en de eigenschappen van de verschillende grondsoorten, is het noodzakelijk om ons te verdiepen in de kennis van de aarde, de geologie. Een onderdeel hiervan is de historische geologie, de geschiedenis van de aardkorst, ofwel de geschiedenis van de verschillende grondlagen. We onderscheiden daarbij hoofdtijdperken, tijdperken, enzovoort. De ouderdom van de aarde wordt geschat op vier à vijf miljard jaar, figuur 2.1.

km

aardkorst, 50 km

Voor het funderen van gebouwen zijn alleen de grondlagen die zijn gevormd in het kwartair, van belang. De bovenkant van de in het pleistoceen gevormde aardlagen ligt in het westen van Nederland op ongeveer 30 meter beneden het maaiveld, oplopend tot vlak onder het maaiveld in het zuiden en in het oosten. In het pleistoceen werden gedurende vier ijstijden en de daartussen gelegen perioden met hogere temperaturen, de pleistocene aardlagen gevormd. Deze aardlagen bestaan uit afzettingen van fijn en grof zand, met hier en daar wat leem en grind. Tijdens de zeer koude perioden was een groot deel van Europa en Noord-Amerika bedekt met ijs. Aan de voet van de gletsjers, aan de randen van de ijsvelden, bevonden zich morenen, dat wil zeggen opeenhopingen van gebroken gesteente en gruis (glaciale afzetting). Vaak worden gebouwen gefundeerd op pleistocene aardlagen. We spreken dan over een fundering op het ‘diepe zand’ of pleistocene zand. De ijsmassa’s hebben plaatselijk diepe geulen uitgesleten in het pleistocene zand; op relatief korte afstand kan de diepte van de bovenkant sterk verschillen. Op de pleistocene aardlagen werden in het holoceen zand- en kleilagen afgezet en veenlagen gevormd. In het westen van het land worden de kleinere bouwwerken ook wel op de holocene aardlagen gefundeerd.

09-03-2005 11:52:52

2 DE ONDERGROND

jonge duinen zeeafzettingen

19

pleistocene afzettingen dicht onder het maaiveld oude duinen

holocene rivierafzettingen en veen Figuur 2.3 Geologische kaart van Nederland, in grote lijnen

06950416_h02.indd 19

09-03-2005 11:52:52

20

2.1 Grondsoorten

De grondsoorten die worden aangetroffen, worden met hun geologische herkomst aangegeven op geologische kaarten. Op de kaart van figuur 2.3 zijn de verschillende afzettingen in Nederland vereenvoudigd weergegeven: met name holocene en pleistocene afzettingen.

Onder grond verstaan we die bestanddelen van onze aardkorst, die van een min of meer korrelige of vezelachtige samenstelling zijn. Bestaat de bodem uit een vast, samenhangend geheel, dan noemen we dit gesteente rots of semi-rots. Voor het grootste gedeelte bestaat ons land aan de oppervlakte uit losse gronden: grind, zand, leem, klei, löss en veen. In Zuid-Limburg en het oostelijk deel van Gelderland komt vast gesteente voor. Dit is meestal kalkzandsteen die vaak wordt aangeduid met de term mergel. De grond in Nederland onderscheiden we in de volgende drie typen: 1 niet-samenhangende, anorganische grondsoorten, zoals zand en grind; 2 samenhangende, anorganische grondsoorten, zoals klei en leem; 3 samenhangende, organische grondsoorten, zoals veen.

Profielen De gegevens uit grondboringen en sonderingen kunnen we grafisch verwerken in dwarsprofielen en lengteprofielen. Een profiel geeft het verloop van de lagen in verticale en horizontale richting weer. Het is een tekening van de doorsnede van een aardlaag. Een dergelijke doorsnede is slechts representatief voor een smalle strook. Toepassing vindt plaats voor dijken, wegen en kanalen.

Grondprofielen en sondeerprofielen geven inzicht in het verloop van de lagen, figuur 2.4 en 2.5. Geotechnische kaarten geven inzicht in het verloop van de lagen over een bredere locatie, figuur 2.6. NAP 4.00

–

8.00

oppervlakteveen oude zeeklei veen op grotere diepte

– 12.00

holoceen

–

pleistoceen

– 16.00 zand

– 20.00

Figuur 2.4 Voorbeeld van een grondprofiel

0 - 150 kN/m2

150 - 300 kN/m2

300 - 800 kN/m2

800 - 1000 kN/m2

118

117

116

115

114

113

112

111

110

109

108

107

106

105

104

103

102

101

100

99

98

97

96

95

94

93

NAP

> 1600 kN/m2

Figuur 2.5 Voorbeeld van een sondeerprofiel

06950416_h02.indd 20

09-03-2005 11:52:55

2 DE ONDERGROND

21

9.75

11.25 11.25

12.25 13.00 17.75

12.50 11.00

12.50

10.75

12.25

15.00

11.00

12.50 14.00

0 0

.0

12

11

11.00

.0

12

10.75 11.00

11.00

.0 13

0

14.0

0

11.25

.50

12.50

Indien er behoefte is aan een onderzoek over een bredere locatie, waarbij de ligging en het verloop van de grondlagen op verschillende plaatsen bekend moet zijn, dan worden geo-

technische kaarten samengesteld. Deze kaarten worden gebruikt bij uitbreidingsplannen van dorpen en steden, haven- en fabriekscomplexen.

Figuur 2.6 Geotechnische kaart; lijnen met paalpuntniveaus

1 Niet-samenhangende, anorganische grondsoorten Niet-samenhangende, anorganische grondsoorten zoals zand en grind zijn meestal goed waterdoorlatend en nauwelijks samendrukbaar. Zand is gruis van gesteente en is fijner dan grind. De korrelgrootte van zand ligt tussen 0,02 en 2 mm. Daarbij onderscheiden we fijn zand (korrelgrootte 0,02 tot 0,2 mm) en grof zand (0,2 tot 2 mm). Afhankelijk van vindplaats, kleur en eventuele bijmengsels onderscheiden we de volgende soorten zand: • zeezand: in zee afgezet en zeer fijn en rondkorrelig; • rivierzand: in rivierbeddingen afgezet. Het is grover en scherper gekant dan zeezand. Het voelt daardoor scherper aan. We noemen dit zand dan ook dikwijls scherp zand;

06950416_h02.indd 21

• bergzand (ook wel heidezand genoemd): komt voor op onze tegenwoordige en voormalige heidevelden; • duinzand: van oorsprong zeezand; door verstuiving zijn de fijnere korrels afgezet; • klapzand: fijn, rondkorrelig, enigszins kleihoudend, waardoor het toch wat water vasthoudt. Grind is een verzameling losse afgeronde brokstukjes van gesteente, waarvan de korrelgrootte varieert van 2 tot 64 mm. De bovengrens van 64 mm komt overeen met de diameter van openingen in een van de zeven voorkomend in het normblad NEN 2560. De benedengrens van 2 mm valt samen met de bovenste grens van de korrelgrootte van zand. Zand en grind lopen dus in elkaar over. De grens is willekeurig vastgelegd. De aaneengesloten grindbanken in onze bodem

09-03-2005 11:52:56

22

bevatten nagenoeg geen stenen die groter zijn dan de bovengrens. We onderscheiden de volgende soorten grind: • zeegrind: komt voor op of in de zeebodem; • riviergrind: is in de huidige beddingen en uiterwaarden van de grote rivieren aanwezig; • berggrind: komt voor in voormalige rivierbeddingen en op de heide. 2 Samenhangende, anorganische grondsoorten Samenhangende, anorganische grondsoorten, zoals klei en leem zijn meestal slecht waterdoorlatend en wel samendrukbaar. Ook deze grondsoorten bezitten een ‘korrelstructuur’. Het geven van een juiste definitie voor klei en leem is moeilijk. In het algemeen kunnen we zeggen, dat klei en leem beide een mengsel zijn van de fijnste deeltjes van de verweringsproducten van rotsgesteenten. Een veel toegepaste manier om klei en leem te onderscheiden is het uitrollen van een hoeveelheid grond. Vochtige klei kan tot betrekkelijk dunne draden uitgerold worden zonder dat de klei zijn samenhang verliest. Met vochtig leem gaat dat niet, doordat leem bij het uitrollen in brokken uiteenvalt. Naar gelang er in klei en leem veen- of zanddelen aanwezig zijn, krijgen ze een andere naam. De voornaamste klei en leemsoorten volgen hier: • teelaarde: een mengsel van klei of leem en zand. Met in ontbinding zijnde stoffen van plantaardige oorsprong wordt teelaarde humus of ook

wel bovengrond of zwarte grond genoemd; • zeeklei: in zee bezonken klei. Ze bevat een tamelijk hoog kalkgehalte (mariene afzetting); • rivierklei: door rivieren aangevoerde klei die op de uiterwaarden is bezonken gedurende de perioden dat de rivier buiten het zomerbed is getreden (fluviatiele afzetting); • potklei: een zeer taaie kleisoort met een hoge wrijvingsweerstand. Deze kleisoort is een product van de grondmorenen uit de ijstijd en komt in ons land voor in Groningen (glaciale afzetting); • keileem: mengsel van leem en zand met gruis van gesteente. Het bevat dus zowel zeer fijne als grove bestanddelen. In verse vochtige toestand is het veelal zeer vast en stug; de korrels voelen hoekig en scherp aan. Evenals potklei is keileem een product van de grondmorenen uit de ijstijd (glaciale afzetting); • löss: wordt in Limburg aangetroffen. De kleur is grijs, vuilgeel of bruinrood. De structuur is los, wat verklaard kan worden uit de eolische vorming. 3 Samenhangende, organische grondsoorten Veen is een voorbeeld van een samenhangende, organische grondsoort. Het is een verzameling van dode plantenresten die door het onvoldoende toetreden van zuurstof onvolledig zijn vergaan. We kennen laagveen en hoogveen. Het eerste wordt gevormd in stilstaand water waar de zuurstof niet kan toetreden. Het hoogveen ontstaat

klei

plantenresten

zand

slib

keileem

schelpen

leem

teelaarde

puin

veen

grind

koolas

hout

Figuur 2.7 Aanduiding van grondsoorten in een boorprofiel

06950416_h02.indd 22

09-03-2005 11:52:56

2 DE ONDERGROND

op moerassige, waterrijke bodem, waar de luchttoevoer wordt afgesloten door planten (veenmossen). Evenals klei en leem is veen slecht waterdoorlatend, hoewel de horizontale doorlatendheid beduidend groter kan zijn dan de verticale. In tegenstelling tot klei en leem heeft veen geen ‘korrelstructuur’, maar een vezelachtige structuur. In figuur 2.7 is weergegeven hoe grondsoorten in een boorprofiel worden aangegeven. In figuur 2.8 is aangegeven hoe bijmengsels in een bodemprofiel worden weergegeven. 6

4 hoofdbestanddeel veel bijmengsel

7

3 hoofdbestanddeel matig bijmengsel

8

2 hoofdbestanddeel weinig bijmengsel

5

3 2 hoofdbestanddeel meeste bijmengsel minste bijmengsel

23

bestaat dit onderzoek ten minste uit: • bepaling van de bodemopbouw; • bepaling van de grondwaterstand; • bepaling van de diepte van de draagkrachtige zandlaag bij een fundering op palen; • bepaling van de samendrukbaarheid van de grondlagen bij een fundering op staal. Naast geotechnisch grondonderzoek kunnen we ook milieukundig grondonderzoek uitvoeren, zie hoofdstuk 7. De manier waarop en op welke schaal geotechnisch grondonderzoek plaatsvindt, is afhankelijk van de grootte van het gebouw en de wijze van uitvoering. Zo kunnen we voor lichte gebouwen, bijvoorbeeld garages, kleine sportgebouwen en tramhuisjes, met een eenvoudig onderzoek volstaan, terwijl we bij grotere bouwwerken, al dan niet met diepe kelders, een uitgebreid onderzoek laten instellen om ook de uitvoeringstechnische zaken beter te kunnen bezien. Grondonderzoek wordt in het algemeen uitgevoerd door gespecialiseerde bedrijven. Desgewenst geven deze ook een deskundig funderingsadvies. Het grondonderzoek kunnen we globaal indelen in veldonderzoek en laboratoriumonderzoek. Bij het veldonderzoek gaat het erom het niveau van de grondwaterspiegel te peilen (peilbuis) en de bodemopbouw en de diepte van de draagkrachtige laag vast te stellen (sonderen). Bij het laboratoriumonderzoek willen we, aan de hand van zogenaamde ongeroerde grondmonsters (grondboring), de sterkte (triaxiaalproef) en de stijfheid (samendrukkingsproef) van de grond bepalen. 2.2.1 Veldonderzoek

Figuur 2.8 Aanduiding van een bodemprofiel, in geval van bijmengsels

2.2 Geotechnisch grondonderzoek Om de geschiktheid van de ondergrond te leren kennen en daaruit de draagkracht van een fundering te kunnen bepalen, wordt geotechnisch grondonderzoek uitgevoerd. Voor een gebouw

06950416_h02.indd 23

2.2.1.a Peilen grondwaterstand Het veldonderzoek wordt meestal gestart met het meten van de grondwaterstand. Deze hoogte kunnen we vinden door in het terrein een put te graven. Willen we deze stand regelmatig controleren, dan kunnen we beter een peilbuis in de grond brengen, figuur 2.9. Indien de grondwaterspiegel vrij ver onder het maaiveld ligt, is het aanbrengen van een peilbuis zonder meer noodzakelijk. In NEN 5120 staan richtlijnen voor het plaatsen van peilbuizen.

09-03-2005 11:52:57

24

dop met gaatje

korrels, zakwater en lucht

pendulair

korrels, veel verzadigde poriën

funiculair

korrels, alle poriën gevuld

capillair

peilklokje freatisch vlak

verzadigde poriën filter

Figuur 2.9 Peilbuis met soorten grondwater

Een peilbuis kan ook dienen om de spanning te meten van het onder niet-waterdoorlatende kleiof leemlagen aanwezige grondwater. Dit grondwater of spanningswater stijgt dan in de buis tot een niveau dat overeenkomt met de waterdruk. Dit kan dus zelfs hoger zijn dan het waterniveau in de peilbuis die boven de niet-waterdoorlatende laag staat. In slecht waterdoorlatende lagen is de stijghoogte van het grondwater met een peilbuis moeilijk te bepalen. Er is een zogenaamde insteltijd nodig, die afhankelijk van de doorlaatbaarheid van de betreffende grond, varieert van enkele dagen tot enkele weken. De hoogte van de grondwaterspiegel is afhankelijk van het jaargetijde (dus of er veel of weinig neerslag is geweest) en de mate van ondergrondse aanvoer van hoger gelegen gronden,bijvoorbeeld in droogmakerijen, nabij duinen en heuvellandschappen en nabij rivieren. Het grondwater tussen de korrels of vezels (bij veen) onderscheiden we in, zie figuur 2.9: • freatisch water; • capillair water; • funiculair water; • pendulair water. Het freatische vlak is niet de bovengrens van het grondwater. In de nauwe poriën tussen de grondkorrels wordt het water opgezogen boven

06950416_h02.indd 24

het freatisch vlak. Hoe nauwer de poriën, des te groter is de capillaire stijghoogte. Tot aan deze capillaire grondwaterspiegel zijn dus alle poriën gevuld met water. Maar de grond hierboven zuigt nog water op in de naden tussen de grondkorrels. Het is vergelijkbaar met hoe water zich gedraagt tussen bijvoorbeeld twee glasplaten die een kleine hoek met elkaar maken. In deze hoek ontstaat dan een driehoekige waterdraad met een hol zijvlak. Dit zogenaamde funiculaire water (funiculus = draad) heeft een veel grotere stijghoogte dan het capillaire water. In dit gebied zijn de poriën niet geheel gevuld met water. Ten slotte is er in de bovenste grondlaag nog water aanwezig dat blijft hangen bij het doorzakken van het hemelwater en eventueel, wat lager, door het zakken van de grondwaterspiegel. Dit is het zogenaamde pendulaire grondwater. Tussen deze zones kan dus een laag geheel droge grond aanwezig zijn. Bij het graven in grond kan in de drie zones boven het freatische vlak het water niet uittreden, omdat de atmosferische druk groter is dan de druk die in dit water heerst. De snelheid waarmee het water in een gat onder het freatisch vlak uittreedt, is sterk afhankelijk van de doorlaatbaarheid van de omringende grond. 2.2.1.b Sonderingen Het meest toegepaste veldonderzoek is het zogenaamde sonderen. Bij mechanische sonderingen wordt, door het in de grond drukken van een stalen buis (diameter 36 mm) voorzien van een binnenstang met aan de onderkant een kegelvormige punt (de conus), de puntweerstand en de wrijvingsweerstand van de grond

sondeerstang mantelbuis

a a conusmantel (taps) conuspunt a = hoogte van 1 waarneming

Figuur 2.10 Mechanische mantelconus

09-03-2005 11:52:59

2 DE ONDERGROND

F1 F2

F1

F2

F2

F1

F2

F2

F2

F1 : conusdruk

mantelbuis ∅ 36 x 10

F2 : conusdruk + mantelwrijving

binnenstang ∅ 15

conus (10

25

taps toelopende beschermkap (geen wrijving)

cm2) 70

130

200

Figuur 2.11 Sondeerwagen met mechanische conus (100–200 kN)

gemeten, figuur 2.10. De mantelbuis bestaat uit geschroefde segmenten van 1 m lengte. De binnenstangen, eveneens 1 m lang, worden gewoon opeengestapeld. De in figuur 2.11 afgebeelde sondeerwagen, die voldoende gewicht moet hebben om de buizen de grond in te kunnen drukken, levert een zogenaamde mechanische/discontinue sondering. Mechanisch, omdat de conus door middel van de binnenstangen wordt bewogen, en discontinu, omdat er wordt gemeten in stappen van 200 mm. We hebben hier gekozen voor een discontinue sondering, omdat de werking hiervan eenvoudig is weer te geven. In de praktijk wordt echter bijna alleen nog maar continu gemeten (mechanisch of elektrisch). Bij een elektrische sondering wordt in plaats van de binnenstangen een kabel aangebracht, die verbonden is met een meetlichaam in de conus. De vervorming van het meetlichaam door de tegendruk van de grond wordt door middel van rekstrookjes gemeten, figuur 2.12. In NEN 3680 staan richtlijnen voor de uitvoering van sonderingen. Deze norm is alleen nog maar van toepassing voor sonderingen met de me-

06950416_h02.indd 25

kabel naar registratieapparatuur

flexibele ring

rekstrookje meetlichaam flexibele ring conuspunt

Figuur 2.12 Elektrische conus

chanische conus, aangezien voor sonderingen met de elektrische conus inmiddels NEN 5140 is verschenen. In deze laatste norm is ook een klassenindeling opgenomen, zie de tabel van figuur 2.13. In klasse 1 is de vereiste nauwkeurigheid van de metingen het grootst, in klasse 4 het laagst. Klasse 1, die relatief hoge kosten met zich meebrengt, komt alleen in aanmerking voor specifiek onderzoek. Voor het geotechnisch ontwerp van funderingen voldoen vaak de klassen 3 en 4.

09-03-2005 11:53:00

26

Klasse 3,4

Specifieke toepassingen

• Classificatie/schematisering van zand en klei/veen (onderscheid tussen klei en veen vaak niet goed mogelijk)

• Ontwerp van fundering op drukpalen en trekpalen 2

• • • •

1

• De toepassingen van klasse 2, 3 en 4 en daarnaast: • Classificatie/schematisering van slappe klei en veen • Correlaties voor de bepaling van geotechnische parameters van slappe klei en veen

De toepassingen van klassen 3 en 4 en daarnaast: Classificatie/schematisering van zand, stijve klei en veen Ontwerp van funderingen op kleefpalen Correlaties voor de bepaling van geotechnische parameters van (stijve) klei en zand

Figuur 2.13 Specifieke toepassingen voor de sondeerklassen in NEN 5140

Voor grondconstructies waar zetting en stabiliteit een rol spelen, is behoefte aan sonderingen volgens klasse 2. Naast de conusweerstand kunnen bij gebruik van andere conustypen ook andere gegevens worden gemeten. De meest toegepaste conus is de elektrische kleefmantelconus. Daarmee wordt zowel de conusweerstand als de plaatselijke wrijving gelijktijdig geregistreerd. Hiertoe is een mantel met een oppervlak van 15.000 mm2 boven de punt aangebracht. De plaatselijke wrijving wordt op dezelfde wijze als de conusweerstand gemeten en geregistreerd, figuur 2.14.

We geven een overzicht van de typen sonderingen die worden toegepast, zie figuur 2.15. Meting van zowel conusweerstand als plaatselijke wrijving maakt het mogelijk het wrijvingsgetal te berekenen. Het wrijvingsgetal definiëren we als: het quotiënt van plaatselijke wrijving en de op gelijke diepte gemeten conusweerstand, vermenigvuldigd met een factor 100. Hierbij wordt rekeninggehouden met scheidingen van de laag ter hoogte van de mantel. Type sondering

Uitvoering

Metingen

Discontinue (in stappen)

Conusdruk

Mechanische (stangen)

+

Continue (20 mm/sec) Elektrische (rekstroken)

Wrijvingsgetal

flexibele ring

kleefmantel

flexibele ring conuspunt

Plaatselijke wrijving (wel/niet)

Indicatie grondsoort veen – klei – zand? Figuur 2.15 Typen sonderingen

Figuur 2.14 Elektrische kleefmantelconus

06950416_h02.indd 26

09-03-2005 11:53:02

2 DE ONDERGROND

Grondsoort

Wrijvingsgetal

Grind, grof zand Zand Silt, leem, löss Klei Potklei Veen

0,2 0,6 1,2 3,0 5,0 5,0

elektrode

– 0,6 – 1,2 – 4,0 – 5,0 – 7,0 – 10,0

elektrode

flexibele ring

Figuur 2.16 Enkele waarden van het wrijvingsgetal

Het wrijvingsgetal geeft samen met de conusweerstand over het algemeen een goed beeld van de opbouw van de bodem onder de grondwaterstand. In de tabel van figuur 2.16 zijn enige kenmerkende waarden van het wrijvingsgetal gegeven. Met nadruk stellen we dat deze waarden slechts indicatief zijn en getoetst dienen te worden aan boringen, dan wel aan lokale ervaring. Ze gelden uitsluitend voor de cilindrische elektrische kleefmantelconus. Boven de grondwaterstand en in geroerde grond kunnen grote afwijkingen ten opzichte van genoemde waarden voorkomen.

27

kleefmantel

flexibele ring conuspunt

Figuur 2.18 Elektrische geleidbaarheidsconus

Naast het meten van de conusweerstand en de plaatselijke wrijving is het mogelijk extra metingen uit te voeren, zoals meting van: • waterspanning: voor het registreren van lagen die het water remmen en het bepalen van de stijghoogte van het grondwater, figuur 2.17;

flexibele ring

flexibele ring temperatuursensor conuspunt

Figuur 2.19 Temperatuurconus

•

elektrische geleidbaarheid: voor onderzoek naar de verspreiding van verontreiniging, figuur 2.18; • temperatuur: voor warmteoverdracht in de bodem en het bepalen van de temperatuurgradiënt, figuur 2.19. Sonderingen onderscheiden we in: • handsonderingen: alleen geschikt voor controleonderzoek bij bijvoorbeeld grondvervanging, figuur 2.20; poreuze steen conuspunt

Figuur 2.17 Waterspanningsconus

06950416_h02.indd 27

09-03-2005 11:53:03

28

•

middelzware sonderingen: alleen geschikt om de slappere lagen boven het ‘diepe zand’ te verkennen. Maximaal kan een conusweerstand van 10 MN/m2 worden gehaald. Dit type sondering gebruiken we bij een fundering op staal en bij de aanleg van wegen en dijken, waarbij we vooral geïnteresseerd zijn in de zettingen van de slappere lagen; • diepsonderingen: hierbij worden de diepere draagkrachtige lagen verkend. Dit type sondering heeft pas zin als we de weerstand van het diepe zand moeten weten in verband met paalfunderingen van gebouwen en kunstwerken.

manometer

handvat

cilinder

plunjer

In figuur 2.21 tot en met 2.25 zijn diepsonderingen, verspreid over Nederland, respectievelijk in Amsterdam, Rotterdam, Groningen, Zwolle en Eindhoven, afgebeeld. De naast de sonderingen geplaatste bodemprofielen zijn schattingen op grond van de wrijvingsgetallen.

sondeerstang conus

Figuur 2.20 Principe handsondeerapparaat

conusweerstand in MN/m2 0

2 4 6 8 10 1.80 m voorgeboord

0

Amsterdam

wrijvingsgetal W/C × 100 20

6 5 4 3 2 1

MV = 0.90 m + NAP

toplaag zand klei, plaatselijk zand

-1 -2 -3

veen

-4 -5

klei

-6

zandhoudende klei

diepte in meters t.o.v. NAP

-7 -8

zand

-9 -10

klei

-11

veenlagen

-12 -13

zand

-14

klei

-15

zand

-16 -17

zand, kleilagen

-18

38.5 37.7 36.0 34.8 31.8 32.0

-19 -20 -21

Altijd funderen op palen. Tot een maximale paalbelasting van 300 kN is een paalpuntniveau van NAP –13 à 13,5 m. mogelijk. Voor hogere belastingen moet worden gefundeerd op circa NAP –19 m. In verband met de hier aanwezige ophoging (bestrating op zandpakket) en de onderliggende slappe lagen (veen, klei), moeten we rekenen op een extra paalbelasting tengevolge van het zetten van de grond (negatieve kleef, zie hoofdstuk 4).

zand, zeer vast

-22 -23 -24

0

01

02

03

wrijvingsweerstand in MN/m2

04

05

sondering volgens NEN 5140 conustype: cylindrisch elektrisch

Figuur 2.21 Sondering met plaatselijke kleefmetingen te Amsterdam

06950416_h02.indd 28

09-03-2005 11:53:05

2 DE ONDERGROND conusweerstand in MN/m2 0

2

4

6

8

Rotterdam

10

wrijvingsgetal W/C × 100 20

6 5 4 3 2 1

MV = 1.37 m + NAP

2 1

zand, klei slib (oude ophoging)

0 -1 -2 -3 -4

veen

diepte in meters t.o.v. NAP

-5 -6

29

Funderen op palen met een paalpuntniveau van NAP –17 of –21 m. Gezien de aanwezige ophoging en de daaronder gelegen slappe lagen, moeten we rekenen op een aanzienlijke negatieve kleef.

-7 -8

klei

-9 -10 -11

veenlaag

-12 -13 -14 -15 -16

zand

-17

kleilaag

-18 -19 -20 -21 -22

0

01

02

03

wrijvingsweerstand in MN/m2

04

05

sondering volgens NEN 5140 conustype: cylindrisch elektrisch

Figuur 2.22 Sondering met plaatselijke kleefmeting te Rotterdam

conusweerstand in MN/m2 8

0

2

4

6

8

Groningen

10

wrijvingsgetal W/C × 100 20

6 5 4 3 2 1

MV = 6.85 m + NAP

7

oplaag, wisselend zand / klei

6

zand, minder vast

5 4 3

40.3

zand, zeer vast

2

Funderen op palen met een paalpuntniveau van circa NAP +3 m. Denk om de zettingsgevoeligheid van de kleilagen tussen NAP –1 en –10 m.

1

diepte in meters t.o.v. NAP

0 -1 -2

klei

-3 -4 -5 -6 -7 -8

potklei

-9 -10 40.6

-11 -12

zand

-13 -14 -15 -16 -17

0

01

02

03

wrijvingsweerstand in MN/m2

04

05

sondering volgens NEN 5140 conustype: cylindrisch elektrisch

Figuur 2.23 Sondering met plaatselijke kleefmeting te Groningen

06950416_h02.indd 29

09-03-2005 11:53:07

30 conusweerstand in MN/m2 0

2

4

6

8

Zwolle

10

wrijvingsgetal W/C × 100 20

6 5 4 3 2 1

MV = 1.80 m + NAP

2

zand klei / leem

1

Funderen op staal of op korte palen.

zand, vast

0 -1

zand, kleihoudend

-2 -3

zand, matig vast

-4

diepte in meters t.o.v. NAP

-5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -20 -21 -22

0

01

02

03

wrijvingsweerstand in MN/m2

04

05

sondering volgens NEN 5140 conustype: cylindrisch elektrisch

Figuur 2.24 Sondering met plaatselijke kleefmeting te Zwolle

conusweerstand in MN/m2 0

2

4

6

8

Eindhoven

10

wrijvingsgetal W/C × 100 20

6 5 4 3 2 1

MV = 16.40 m + NAP

19 18 17

zand

16 15

leem

14

zand

Een fundering op staal is voor lage belastingen mogelijk. Bij hoge belastingen moet worden gefundeerd op palen met een paalpuntniveau van circa NAP +7 m.

13

leem, zandlagen

12

diepte in meters t.o.v. NAP

11 10

veenlaag

9

veenlaag

8

zand, wisselende vastheid

7 6 5

zand, leemlagen

4 3 2

zand

1

leem

0

zand

-1 -2

leem

-3

zand

-4 -5

0

01

02

03

wrijvingsweerstand in MN/m2

04

05

sondering volgens NEN 5140 conustype: cylindrisch elektrisch

Figuur 2.25 Sondering met plaatselijke kleefmeting te Eindhoven

06950416_h02.indd 30

09-03-2005 11:53:10

2 DE ONDERGROND

2.2.2 Grondboringen Vaak zijn grondboringen nodig om de met sonderingen vastgestelde bodemopbouw te verifiëren en om grondmonsters te steken voor nader onderzoek in het laboratorium. We onderscheiden de volgende typen boringen: • spoel-, spuit- wasboringen; • avegaarboringen; • pulsboringen; • steekboringen. Pulsboring en spoelboring Een veel toegepaste boormethode is de pulsboring. Hierbij wordt de grond binnen de boorbuis (steunbuis) met een puls omhoog gehaald, zie figuur 2.26. Een puls hangt aan een draad en bestaat uit een stukje stalen pijp met onderin een klep die automatisch sluit als de puls omhoog wordt gehaald. De grond in de puls is geroerd en veelal vermengd. Met een spoelboring wordt de grond nog meer geroerd en vermengd. Hierbij wordt onderin de boorbuis water gepompt dat vervolgens door de boorbuis omhoog stroomt en de losgewoelde grond meevoert. Door het water over een zeef te leiden kan de boorbaas de samenstelling van de grond vaststellen.

31

NEN 5119 en de vele handboeken. Om fysische grondeigenschappen, zoals sterkte en stijfheid, te kunnen bepalen, moeten de monsters zoveel mogelijk ongeroerd boven worden gehaald. Gaat het alleen om een nadere beschrijving van de bodemlagen, dan kunnen we soms volstaan met geroerde monsters. Voor het steken van ongeroerde monsters gebruiken we in Nederland vaak Begemann- en Ackermannmonstersteekapparaten. Begemann-steekapparaat Dit door het Laboratorium voor Grondmechanica Delft ontwikkelde systeem gaat ervan uit dat er in één operatie een heel lang monster van bijvoorbeeld 20 m lengte wordt gestoken. We spreken dan van een Begemann-boring. Er zijn twee typen ontwikkeld, namelijk voor monsters met een diameter van 29 mm en van 66 mm. De boor- en steekbuis worden met een sondeerapparaat in de grond gebracht. vast punt

boorbuis

Voor een uitgebreide beschrijving van de verschillende typen boringen verwijzen we naar 20 mm/s

steunvloeistof

nylonvlies binnenbuis

plunjer (gefixeerd)

monster

steunbuis

nylonvlies

puls

∅ 29 of ∅ 66

Figuur 2.26 Pulsboring

06950416_h02.indd 31

Bron: NEN 5119

nauwe opening voor passage nylonvlies

Figuur 2.27 Begemann-steekaparaat

09-03-2005 11:53:12

32

Begemann-boring Kenmerken van de Begemann-boring, zie figuur 2.27, zijn: • de boorbuis heeft een grotere diameter dan de steekbuis en is gevuld met een vloeistof om steun te verlenen aan het grondmonster; • de vloeistof heeft een volumegewicht van 16 kN/m3, om voldoende steundruk te geven aan het continue grondmonster teneinde in elkaar zakken te voorkomen; • de plunjer wordt vastgezet ten opzichte van het maaiveld, terwijl de boorbuis in de grond wordt gedrukt met een snelheid van 20 mm/s; • het grondmonster wordt direct na het binnenkomen van de steekbuis omhuld met een continue nylon kous; • het voornaamste verschil tussen de Begemann-boring van 29 mm en die van 66 mm is, buiten het verschil in diameter, de aanwezigheid van een extra streng plastic buizen die betrekkelijk nauw het door de nylon kous omhulde monster omsluiten, zie figuur 2.28; • na luchtdichte afsluiting aan boven- en onderzijde worden de tot 1 m lengte afgesneden monsters in deze plastic buizen naar het laboratorium gestuurd.

Ackermann-steekaparaat Het Ackermann-steekapparaat kunnen we gebruiken om bij de uitvoering van een pulsboring monsters te steken van bepaalde grondlagen, die we nader in het laboratorium willen onderzoeken. Na het steken van het monster vervolgen we de boring door met een puls de grond te verwijderen. Zijn we in de volgende grondlaag aangekomen die we nader willen onderzoeken, dan nemen we daarvan weer een monster met het Ackermann-steekapparaat. Op deze wijze gebruiken we het steekapparaat discontinu: alleen op bepaalde diepten worden monsters gestoken. Met dit steekapparaat kunnen we echter ook een continu bodemprofiel maken, namelijk door over de gehele boordiepte monsters te steken.

stilstaande boorbuis

valgewicht 40 à 100 kg monster d = 66 mm

schoon gepulst verlengbuis kous

dunwandige stalen buis (1 mm) ongeroerd monster

smeervloeistof plastic buis toevoer smeervloeistof

∅ 67

Figuur 2.29 Ackermann-steekapparaat

buitenkant kous d = 66,7 mm plastic buis d = 67,3 mm

Figuur 2.28 Dwarsdoorsnede Begemann-steekapparaat, diameter 66 mm

06950416_h02.indd 32

09-03-2005 11:53:14

2 DE ONDERGROND

33

2.2.3 Laboratoriumonderzoek Om de samenstelling en de eigenschappen van grond nader vast te stellen, worden de uit de boring verkregen grondmonsters in een laboratorium beproefd. Het doel hiervan is parameters vast te stellen over: • samenstelling; • mechanische eigenschappen; • fysische eigenschappen; • chemische eigenschappen.

De bekendste proeven zijn de samendrukkingsproef en de triaxiaalproef, die hierna nader zijn beschreven. De met de methode-Ackermann en -Begemann verkregen grondmonsters kunnen als zijnde ‘ongeroerd’ worden aangemerkt. Voor laboratoriumproeven, zoals de samendrukkingsproef, is de Begemann-steekboring met de kleine diameter (29 mm) minder geschikt. 2.2.3.a Triaxiaalproef Vervormingseigenschappen van de grond kunnen we bepalen met een zogenaamde triaxiaalproef, figuur 2.30.

Bij deze proef wordt een ongeroerd grondmonster, omhuld door een rubber vlies en gesteund door water, in een glazen cilinder (cel) geplaatst. Bij een constante horizontale p

glazen cilinder rubber plaat

monster rubber vlies water

steundruk binnen monster d.m.v. waterdruk drainage grondmonster

Figuur 2.31 Triaxiaalmonster in cel

steundruk wordt de verticale belasting opgevoerd tot het monster bezwijkt, figuur 2.31. Tijdens de gehele proef wordt de verkorting van het monster gemeten, gelijktijdig met de optredende verticale kracht. Daaruit kan het spanningsvervormingsgedrag worden afgeleid. De spanningstoestand is drie-assig (triaxiaal). Met de triaxiaalproef kunnen we de cohesie en de hoek van inwendige wrijving van het grondmonster bepalen. 2.2.3.b Samendrukkingsproef Het principe van de samendrukkingsproef is vrij eenvoudig, figuur 2.32.

Uit een ongeroerd grondmonster wordt een schijfje met een dikte van 20 mm gesneden en geplaatst in een stalen of koperen ring. De ring voorkomt dat zijdelingse vervormingen optreden. Het uitpersen van water uit de poriën van de grond wordt gesimuleerd door, aan onder- en bovenzijde, het grondmonster op te sluiten tussen poreuze stenen die het water opnemen. In de proef gebeurt dit uitpersen uiteraard in een belangrijk kortere tijd dan in werkelijkheid. De

Figuur 2.30 Triaxiaalproef

06950416_h02.indd 33

09-03-2005 11:53:15

34

belasting

meethorloge voor zakkingsmeting van het monster

poreuze stenen gevat in koperen ringen

lucht

water

messing belastingplaatje

korrels

water

Figuur 2.33 De drie bestanddelen van grond: lucht, water en vaste stof

grondmonster

Figuur 2.32 Samendrukkingsproef

tijd die nodig is om het water uit de poriën te laten afstromen (consolidatie), blijkt evenredig aan het kwadraat van de laagdikte te zijn (het zogenaamde laagdikte-effect). Door het trapsgewijs aanbrengen van een verticale belasting op het monster, wordt de samendrukking gemeten over een bepaald tijdsverloop. Met behulp van de samendrukkingsproef kunnen we de samendrukkingsconstante (C) bepalen.

2.3 Grondmechanica De grondmechanica is de leer van het evenwicht en de vervorming van de grond onder invloed van de erop uitgeoefende krachten. In de volgende subparagrafen bespreken we een aantal hoofdzaken betreffende de grondmechanica. 2.3.1 Verticale grond-, korrel- en waterspanning Grond kan bestaan uit korrels, water en lucht, zie figuur 2.33. Belastingen die op de grond worden uitgeoefend, kunnen door het water en de korrels worden overgedragen. Beide materialen reageren echter verschillend: • water kan wel drukspanningen, maar geen schuifspanningen overbrengen; bovendien is de waterdruk in alle richtingen gelijk; • korrels kunnen zowel druk- als schuifspanningen overbrengen; de korrelspanning in

06950416_h02.indd 34

horizontale richting kan zowel kleiner als groter zijn dan die in verticale richting. Daarom maken we onderscheid tussen grond-, korrel- en waterspanningen. De grondspanning is de som van de korrel- en de waterspanning. In figuur 2.34 zijn de verticale grond-, korrel- en waterspanningen weergegeven. Trekspanningen kunnen door grond alleen worden overgedragen als deze samenhangend is (cohesief), en dan nog alleen in beperkte mate. Figuur 2.34 laat een verticale doorsnede van een aantal grondlagen zien. De grond wordt belast met een bovenbelasting p; het grondwaterpeil bevindt zich beneden het maaiveld. Tevens is het verloop van de grondspanning in de ondergrond aangegeven, waarbij de korrelspanning wordt verkregen door de gronddruk te verminderen met de hydrostatische waterspanning. Voorbeeld h1 = 1 m; h2 = 2 m; h3 = 3 m. p = 10 kN/m2 (bovenbelasting) De volumieke gewichten van de grond zijn: veen: γ = 13 kN/m3 zand: γ = 20 kN/m3 water: γ = 10 kN/m3 σv = 10 + 13 × 3,0 + 20 × 3,0 = 109 kN/m2 u = 10 × 5,0 = 50 kN/m2 De maximale korrelspanning σ’v is σv – u = 59 kN/m2

09-03-2005 11:53:17

2 DE ONDERGROND

35

p

bovenbelasting p

σv h1

veen

h2

veen

grondwaterspiegel

G h3

waterdruk zand

verloop van de verticale korreldruk

σv

σ 'v

u

σv h

σv = σ’v + u waarin: σv = verticale grondspanning; σ’v = verticale korrelspanning; u = waterspanning. Figuur 2.34 Verloop van de verticale grond-, korrel- en waterdruk

waarin: τR = schuifweerstand van de grond c’ = cohesie of haakweerstand van de grond; ook zonder bovenbelasting (korrelspanning) biedt de grond weerstand tegen verschuiven σ’ = korrelspanning ϕ’ = hoek van inwendige wrijving; bij droge grond zonder cohesie komt deze hoek overeen met de hoek van het natuurlijke talud

06950416_h02.indd 35

[kN/m2 ]

τR = c’ + σ’ ∙ tan ϕ’ (wet van Coulomb)

Uit het voorgaande blijkt dat de schuifweerstand van grondmassa’s sterk afhankelijk is van de grondwaterstand. Immers: waterdruk vermindert de korrelspanning en dus de schuifweerstand.

schuifweerstand τ R

2.3.2 Wrijvingshoek en cohesie Het verband tussen normaalspanning en schuifweerstand, dat rechtlijnig blijkt te zijn, is in 1776 door de Fransman Coulomb in een formule vastgelegd, zie ook figuur 2.35:

c' + σ ' tg ϕ '

ϕ' c' [kN/m2 ] korrelspanning σ '

Figuur 2.35 Schuifweerstand τR als functie van de cohesie c’, de korrelspanning σ’ en de hoek van inwendige wrijving ϕ’

09-03-2005 11:53:19

36

2.3.3 Horizontale grond-, korrel- en waterspanning De horizontale gronddruk (bijvoorbeeld op een grondkerende wand) bestaat uit de volledige waterdruk en een deel van de verticale korrelspanning. Hiertoe vermenigvuldigen we de verticale korrelspanningen met een coëfficiënt K. Deze is afhankelijk van de grootte van de hoek van inwendige wrijving en de wrijving tussen de grond en de grondkerende constructie (wandwrijving). We onderscheiden hierbij: • Ka = de actieve horizontale gronddrukcoëfficiënt; deze coëfficiënt geldt, indien de gronddruk een verschuiving of vervorming van een grondkerende constructie veroorzaakt. De constructie beweegt zich van de grond af, figuur 2.36; • Ko = de neutrale horizontale gronddrukcoëfficiënt; deze coëfficiënt geldt, indien de gronddruk geen verschuiving of vervorming van de grondkerende constructie veroorzaakt; • Kp = de passieve horizontale gronddrukcoëfficiënt; deze coëfficiënt geldt, indien een grondkerende constructie tegendruk (weerstand) ontleent aan een grondmassa. De grondkerende

constructie beweegt zich naar de grond toe, figuur 2.37. Om een indruk te krijgen van de orde van grootte van de horizontale gronddrukcoëfficiënten, geven we een paar voorbeelden (vereenvoudigde formule): • klei met ϕ’ = 20°: Ka = 0,49; Ko = 0,66; Kp = 2,04; • zand met ϕ’ = 30°: Ka = 0,33; Ko = 0,50; Kp = 3,00. De grootte van Ka en Kp is afhankelijk van vele factoren, zoals de hoek van inwendige wrijving ϕ van de grond, de helling van de wand, de helling van het maaiveld, de vorm van het schuifvlak en de ruwheid van de wand. Voor de algemene formules verwijzen we naar bijvoorbeeld NEN 6740 en de diverse handboeken. Voorgaande waarden gelden voor een gladde, verticale wand en een horizontaal maaiveld. De grootte van K0 is alleen afhankelijk van de ϕ-waarde.

schuifvlakken

horizontale korreldruk op keerwand bewegingsrichting keerwand 45° +

1 2

ϕ' Ka · σv'

(c' = 0)

Figuur 2.36 Verloop van de schuifvlakken en de horizontale korreldruk in de actieve situatie schuifvlakken

bewegingsrichting keerwand

horizontale korreldruk op keerwand 1

45° - 2 ϕ ' (c' = 0)

Kp · σv'

Figuur 2.37 Verloop van de schuifvlakken en de horizontale korreldruk in de passieve situatie

06950416_h02.indd 36

09-03-2005 11:53:20

2 DE ONDERGROND

Gronddrukcoëfficiënten bij veen zijn niet zomaar aan te geven. Indien de grondslag uitsluitend uit veen is samengesteld, wordt de horizontale druk van de grond op de verticale wand vrijwel alleen bepaald door de waterdruk.

37

2.3.4 Logaritmische samendrukkingswet van Terzaghi In de grondmechanica speelt de samendrukking van de grond een belangrijke rol. Bij het aanbrengen van een aardebaan voor de aanleg van een weg wordt de ondergrond samengedrukt. Het is van belang om te weten hoeveel de te verwachten zetting bedraagt om de aardebaan de benodigde overhoogte te kunnen geven. Ook voor het inschatten van zettingen bij funderingen op staal zijn berekeningen nodig. Bij laboratoriumproeven (samendrukkingsproef) blijkt het verloop van de zetting in de tijd een gebogen lijn te zijn, figuur 2.41.

G Qa Qp

In figuur 2.39 is het vereenvoudigde verloop van de horizontale gronddruk in samenhang met de verplaatsing van de grond te zien. We noemen dit ook wel de karakteristiek van een horizontale grondveer (verband tussen kracht en verplaatsing). De hoek α is een maat voor de stijfheid van de grond; tan α noemen we de beddingsconstante (k).

RH RV

In figuur 2.38 zijn de krachten getekend die werken op een keerwand. Rechts werkt de actieve horizontale gronddruk en links de passieve druk (weerstand) op de keerwand. Het eigen gewicht (G) van de keerwand voorkomt dat de constructie kantelt.

In formule: Figuur 2.38 Krachten, werkend op een keerwand

σ ’h = K × w

σ 'h

(horizontale korreldrukspanning)

passieve gronddruk

Kp · σv'

α

Ko · σv'

actieve gronddruk

verplaatsing w

(neutrale gronddruk)

Ka · σv'

0

deformatie naar actieve zijde

verplaatsing w deformatie naar passieve zijde

Figuur 2.39 Karakteristiek van een horizontale grondveer

06950416_h02.indd 37

09-03-2005 11:53:21

38 10

5

1m

σ 'v veen

2m

grondwaterspiegel

veen 29

20

3m

20

15

zand

50

59 109

50

kN/m2

30 80

h

1

σ 'h

kN/m2

h

2

verloop van de verticale drukken

In figuur 2.40 is het verloop van de verticale en horizontale grond-, korrel- en waterspanningen bij de grondlagen uit figuur 2.34 te zien. Voor de berekening van de horizontale

verloop van de horizontale drukken

gronddruk is hierbij uitgegaan van de neutrale gronddruk met een gronddrukcoëfficiënt Ko = 0,5.

Figuur 2.40 Verloop van de verticale en horizontale grond-, korrel- en waterspanningen bij de grondlagen uit figuur 2.34 belasting p

tijd

zand

veen

Figuur 2.41 Zakkingsverloop van belaste grond voor

zakking

zakking

klei

Figuur 2.42 Last-zakkingsdiagram

verschillende grondsoorten

Zetten we de samendrukking uit tegen de belasting, dan vinden we wederom een gebogen lijn, figuur 2.42. Deze lijn wordt een rechte, indien we de logaritmen van de belasting uitzetten, figuur 2.43.

06950416_h02.indd 38

09-03-2005 11:53:23

2 DE ONDERGROND pg

belasting p

39

log σ v'

1 stijf gedrag bij ontlasten en herbelasten (C)

zakking

zetting

2 normaal gedrag (C')

Figuur 2.43 Zakking als functie van de logaritmen van de

Figuur 2.44 Invloed vroegere voorbelasting op grond-

belasting

stijfheid

Op grond hiervan heeft Terzaghi de volgende wet geformuleerd:

ijstijd of uit een vroeger bouwwerk dat op die plaats heeft gestaan. De vroegere belasting op de grond wordt de grensspanning genoemd. Als de nieuwe belasting beneden de grensspanning blijft, is de zakking een factor 3 à 5 kleiner, figuur 2.44. Anders gezegd: voor spanningen beneden de grensspanning werken we met de C-waarde en deze is een factor 3 à 5 hoger dan de C’waarde. Met een samendrukkingsproef kunnen we de grensspanning bepalen. Ten slotte laten we een eenvoudige zettingsberekening zien voor een fundering op staal, figuur 2.45 (op de volgende bladzijde).

z=

σ’v + Δσ’v h (wet van Terzaghi) ∙ ln C’ σ’v

waarin: z = h = C’ = σ’v =

zetting in eindtoestand laagdikte van de samendrukbare laag samendrukkingsconstante oorspronkelijke korrelspanning in het midden van de laag ∆σ’v = verhoging van de korrelspanning, na ophoging of bovenbelasting van het terrein. Het bereiken van de zetting in de eindtoestand vergt tijd (maanden, jaren), omdat het overspannen water uit de poriën moet afstromen. De lengte van deze zogenaamde consolidatieperiode hangt af van de waterdoorlatendheid van de grondsoort: een korte periode bij zand en een lange periode bij klei en veen, figuur 2.41. De samendrukkingsconstante C’ wordt bepaald in het laboratorium. De orde van grootte van de samendrukkingsconstante C’ voor verschillende grondsoorten is als volgt: • zand: 50–500; • leem: 20–50; • klei: 10–25; • veen: 2–10. We moeten erop bedacht zijn, dat de grond veel stijver reageert als deze al eerder een belasting heeft gedragen. De zetting is dan veel kleiner. Die vroegere belasting kan bijvoorbeeld zijn veroorzaakt door het gewicht van het ijs tijdens de

06950416_h02.indd 39

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur Veen, C. van der, E. Horvat en C.H. van Kooperen, Grondmechanica. Waltman, Delft, 1981. Normen NEN 2560 Controlezeven - Draadzeven, plaatzeven en geëlektroformeerde zeven met ronde en vierkante gaten NEN 3680 Grondonderzoek - Statische sondeermethoden NEN 5119 Geotechniek - Boren en monsterneming in grond NEN 5120 Geotechniek - Bepaling van stijghoogten van grondwater door middel van peilbuizen NEN 5140 Geotechniek - Bepaling van de conusweerstand en de plaatselijke wrijvingsweerstand van grond - Elektrische sondeermethode NEN 6740 Geotechniek - TGB 1990 - Basiseisen en belastingen

09-03-2005 11:53:24

40

Berekeningsblad Q

1,0 m grondwaterspiegel

2:1

2:1

2,0 m

1,0 m

3,5 m

zand

1,0 m

1,5 m

maaiveld

3,5 m

veen

zand

Q = 100 kN/m Spanningsspreiding onder de strook: 2:1 Volumiek gewicht van de grond: • zand: γn = 18 kN/m3 (nat) γo = 10 kN/m3 (onder water) • veen: γn = 1 kN/m3 (onder water) Samendrukkingsconstante C’ = 10 (veen)

De zetting van het zandpakket ten opzichte van de samendrukking van de veenlaag mogen we verwaarlozen. Voor de spreiding van de bovenbelasting gaan we uit van een spreidingshoek van 2 : 1, hetgeen een veilige aanname is. De eindzetting van 113 mm is erg hoog. Normaal is een gelijkmatige zetting van 10–30 mm toelaatbaar.

Zetting in eindtoestand: z =

h σ’ + Δσv’ ln v (wet van Terzaghi) σ’v C’

σ’v (– 3,5 m) = 1,5 × 18 + 1,0 × 10 + 1,0 × 1 = 38 kN/m2 Δσ’v =

Q 100 = = 29 kN/m2 3,5 3,5

h

= 2,0 m.

z

=

38 + 29 2000 ln = 113 mm. 10 38

Er zijn nu twee mogelijkheden: 1 verlagen van de belasting; 2 fundering op palen. Een verbreding van de fundering blijkt niet veel invloed uit te oefenen (ga dit zelf na met bijvoorbeeld een strookbreedte van 2 m).

Figuur 2.45 Voorbeeld van een zettingsberekening

06950416_h02.indd 40

09-03-2005 11:53:25

Fundering op staal

3

ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

Onder een fundering op staal verstaan we het rechtstreeks op de ondergrond plaatsen van het bouwwerk. Het aanlegniveau moet vorstvrij zijn; aanlegdiepte minimaal 0,8 m. Indien er sprake is van een ondergrond die tot op grote diepte bestaat uit vastgepakt zand, dan is de keuze voor een fundering op staal vanzelfsprekend. Bij matig verdicht zand en bij een ondergrond van klei is deze keuze echter niet zo vanzelfsprekend. Hier is namelijk kennis nodig van de eigenschappen van de grond, zoals sterkte en stijfheid. Een investering in veld- en laboratoriumonderzoek kan zeer lonend zijn, omdat op basis van de uitkomsten de meest economische fundering kan worden ontworpen.

06950416_h03.indd 41

09-03-2005 12:51:27

42

Inleiding In Nederland krijgen funderingen op staal doorgaans minder aandacht dan funderingen op palen. Te vaak wordt bij de afweging van het funderingstype, op grond van angst voor zetting en/of uit gewoonte, gekozen voor een fundering op palen, terwijl een fundering op staal een goed alternatief kan zijn.

Bij een fundering op staal moeten we kritisch letten op: 1 aanlegniveau; 2 belendingen; 3 grondwaterstand. Richtlijnen voor funderingen op staal zijn gegeven in NEN 6740 en NEN 6744. 1 Aanlegniveau • Vorstvrije aanleg: ten minste 800 mm beneden het maaiveld in verband met de mogelijkheid van opvriezen. Het bevriezen van de grond veroorzaakt een volumevergroting en bij het ontdooien zettingen, figuur 3.1. • Bovenbelasting: een dieper aanlegniveau beinvloedt in gunstige zin de sterkte van de fundering. Immers bij het bezwijken van de grond (het ontstaan van schuifvlakken) moet de bovenliggende grond worden weggeperst, figuur 3.2.

06950416_h03.indd 42

maatgevende gronddekking

> 800 mm (vorstvrij)

De voornaamste reden dat niet wordt gekozen voor een fundering op staal is de onbekendheid met de eigenschappen van de grond, zoals sterkte en stijfheid. Op veel plaatsen in Nederland, met name op de zandgronden, is de sterkte van de grond vaak voldoende. Door onvoldoende stijfheid van de grond kunnen echter ongelijke zettingen optreden, die kunnen leiden tot problemen zoals scheurvorming, klemmende deuren en breuken in nutsleidingen. Het ontstaan van een niet al te grote en gelijkmatige zetting is vaak wel acceptabel. Het al of niet gelijkmatig zetten van een gebouw hangt in belangrijke mate af van het gebouwontwerp. Door een juiste keuze (homogene bouwmassa in combinatie met een stijve fundering) is veelal een relatief dure fundering op palen niet nodig.

vloer

aanlegbreedte

Figuur 3.1 Vorstvrije aanleg

F

bovenbelasting

schuifvlakken

Figuur 3.2 Schuifvlakken bij het bezwijken van de grond

•

Economische afweging: een aanlegniveau dieper dan 1,5 m zal veelal oneconomisch zijn.

2 Belendingen • Door het weggraven van grond ten behoeve van een nieuwe fundering kan de belendende fundering op staal bezwijken (de bovenbelasting vervalt eenzijdig). • De gronddruk onder een nieuwe fundering kan door belastingspreiding de gronddruk onder de belendende fundering verhogen, waardoor een ongelijkmatige (scheve) zetting kan optreden, figuur 3.3.

09-03-2005 12:51:29

3 FUNDERING OP STAAL

F1

F2

bestaand

A

43

nieuw

aanlegniveau

B C

2:1

voorbelaste grond

2:1

D

nieuw belaste grond sommatie van spanningen

Punt B zakt meer dan punt A vanwege de sommatie van gronddrukspanningen. Punt C zakt minder dan punt D vanwege de voorbelasting van de grond onder punt C. Figuur 3.3 Spanningsgebieden onder funderingen op staal

3 Grondwaterstand Een (toekomstige) verlaging van de grondwaterspiegel verhoogt, zoals we reeds besproken hebben in hoofdstuk 2, de korrelspanning. Hierdoor treden zettingen op (subparagraaf 2.3.4: de logaritmische samendrukkingswet van Terzaghi). Daarnaast wordt ook de draagkracht beïnvloed door de grondwaterstand: hoe hoger de grondwaterstand, hoe lager de korrelspanning en hoe lager de draagkracht.

3.1 Funderingsconstructies op staal In deze paragraaf bespreken we een aantal, veel voorkomende, funderingstypen. 3.1.1 Fundering op staal van metselwerk Dit soort funderingen wordt nog maar zelden toegepast. Slechts bij kleine gebouwen waarvan de plattegrond veel onregelmatigheden vertoont in de vorm van inspringende hoeken en dergelijke, kan het goedkoper zijn om de fundering te metselen in plaats van bijvoorbeeld betonstroken toe te passen.

06950416_h03.indd 43

In het laatste geval moeten we namelijk eerst de strokenfunderingen uitzetten, waarna we nogmaals profielen dienen te stellen voor het opgaande metselwerk. Om dit tweemaal maatvoeren te voorkomen, wordt dan een gemetselde fundering toegepast. Een bijkomend voordeel is dat we niet hoeven te wachten op het verharden van de betonstroken voordat we met het opgaande metselwerk kunnen beginnen, figuur 3.4. De verzwaring van de voet wordt trapsgewijs gemetseld, gewoonlijk door de muur om de twee lagen aan weerszijden een verbreding van een klezoor te geven, de zogenaamde versnijding. Bij zeer grote belastingen worden weleens versnijdingen van drie en soms zelfs vier lagen toegepast. Een enkele maal, bij zeer geringe belasting, worden versnijdingen van slechts één laag toegepast. De onderste laag metselwerk komt niet direct op de grondslag. Eerst wordt een laag stampbeton (werkvloer) van 50 mm dikte of een vlijlaag (dit is een laag stenen die niet worden gemetseld, maar die eenvoudig naast elkaar komen te liggen) op de bodem van de funderingssleuven aangebracht. Deze sleuven moeten op de juiste diepte vlak en horizontaal zijn afgegraven (uitvlakken). Mocht, om welke reden dan ook (bijvoorbeeld vanwege een plaatselijk laagje slechte grond), de bodem te diep zijn uitgegraven, dan kunnen

09-03-2005 12:51:30

44

100

210

200 - m.v.

320

1

halfsteens muur (schuur)

540

2

320

steens muur

270

200 - m.v.

760

3

anderhalfsteens muur

650

4

spouwmuur

schaal 1 : 50

Figuur 3.4 Traditioneel gemetselde fundering op staal

we het beste de fundering zoveel dieper aanleggen, of het te diep gegraven stuk aanvullen met stampbeton. Betreft het een klein verschil, dan kunnen we ook aanvullen met een laag zand, dat we zorgvuldig moeten verdichten. Dit laatste moet ook gebeuren met de vaste grondslag zelf, indien deze door het ontgraven (graafmachines en afvoerend materieel) mocht zijn losgewerkt. Bij klei- en leemgrond wordt soms, alvorens de vlijlaag te leggen, een dun laagje scherp zand aangebracht, dat dan ook zorgvuldig wordt aangestampt. Voor de fundering kunnen we meestal volstaan met een vrij zachte steensoort. Deze moet overigens niet al te zacht zijn, omdat deze dan na

06950416_h03.indd 44

verloop van tijd verweert en haar vastheid geheel verliest. Tegenwoordig gebruiken we vaak kalkzandsteenklinker of betonsteen. Om te zorgen dat alle voegen goed vol komen en ook om een beschermend laagje te vormen tegen de schadelijke invloeden uit de grond, laten we de fundering vertinnen (afstrijken met cementmortel). De in figuur 3.4 getekende aanlegbreedten zijn minimale waarden, zie ook paragraaf 3.4. De spouw mag niet te diep (0,200 m) onder het maaiveld doorlopen, anders bestaat de kans dat bij het machinaal aanvullen van de sleuven de halfsteensmuren door de grond naar elkaar toe worden gedrukt.

09-03-2005 12:51:31

3 FUNDERING OP STAAL

3.1.2 Fundering op staal van gewapend beton Is de benodigde aanlegbreedte groot (hoge belasting of slechte grond), dan kunnen we besparen op de aanlegdiepte – en daardoor op materiaal, eigen gewicht en ontgraving – door gewapend beton toe te passen. Dit betekent dat we geen schrale betonsamenstelling mogen gebruiken, maar constructiebeton, bijvoorbeeld beton B25 van de betoncentrale moeten toepassen. Voor de goede verwerkbaarheid dient dit beton half-plastisch te zijn met een maximale zetmaat van 70 à 80 mm.

De eenvoudigste vorm van een gewapendbetonfundering is weergegeven in figuur 3.5-1, de zogenaamde strokenfundering. De strook buigt door onder invloed van de belasting door de muur en van de reactie die de grond uitoefent, figuur 3.5-2. Deze reactie wordt meestal gerekend gelijkmatig verdeeld te zijn over de gehele breedte, figuur 3.5-3. Bij toenemende aanlegbreedte neemt het moment en ook de dikte van de strook toe. De doorbuiging veroorzaakt onder in de strook, in breedterichting, trekspanning, zodat een hoofdwapening van korte staven nodig is. De Betonvoorschriften schrijven voor dit geval een minimum betondekking op de buitenste staven van 30 mm voor. Behalve deze hoofdwapening wordt er, evenals in elke plaatconstructie, een verdeelwapening loodrecht op de hoofdwapening aangebracht die ten minste 20% hiervan bedraagt. Deze verdeelwapening houdt de hoofdwapening op zijn plaats.

06950416_h03.indd 45

verdeelwapening

150

hoofdwapening

50

Stampbeton Vroeger werd een fundering op staal ook wel met stampbeton gemaakt. Hierbij werd een gat van de gewenste afmetingen gegraven, dat vervolgens werd volgestort met betonspecie in aardvochtige toestand. Door aanstampen werd de betonspecie verdicht. Tegenwoordig passen we deze methode soms nog toe bij verbouwingen van of aanbouwen aan een bestaande fundering op staal.

45

werkvloer

1

dwardoorsnede

2

vervorming

F

σg

b

3

belastingsschema

De grootte van het maximale moment (in het midden van de strook) bedraagt: • belasting: F [kN/m]; • strookbreedte: b [m]; 2 • grondspanning: σg [kN/m ]. F 2 σg = [kN/m ] b

∙ ∙

F b Mmax = 21 ∙ ∙ b 2

2

= 18 ∙ F ∙ b [kNm/m]

Figuur 3.5 Strokenfundering van gewapend beton

Om uitvoeringstechnische redenen passen we minimaal een strookdikte van 150 mm toe. Om de wapening op de juiste afstand van de onderkant te kunnen houden en om te voorkomen dat zand of grond zich kan vermengen met het beton, brengen we eerst een werkvloer aan. Vroeger namen we hiervoor een laag stampbeton van ten minste 50 mm dikte, figuur 3.5-1.

09-03-2005 12:51:32

46

1

2500

1600

2000

1200

750

1200

1500

2000

1000

2300

bovenaanzicht

2

bovenaanzicht

1500

900

5000

schaal 1 : 100

Figuur 3.6 Vereffening van strookbreedten

Tegenwoordig passen we een laag van 30 mm vloeibeton toe. Vloeibeton is normaal constructiebeton met toevoeging van een plastificeerder, die het geheel tijdelijk vloeibaar maakt. De ondergrond moet eerst goed nat gemaakt worden om het onttrekken van water aan het beton te voorkomen, hetgeen de vloeibaarheid zou verstoren. De belasting is zelden geheel gelijkmatig over de muur verdeeld. Is de variatie gering, dan wordt door de stijfheid van de muur de belasting gelijkmatig over de lengte van de fundering verdeeld. Zijn er echter belangrijke verschillen, dan moeten we hiermee rekening houden door de breedte van de funderingsstrook te laten variëren, figuur 3.6-1. Zelden is de belastingsverdeling precies na te gaan. Bovendien is het onpraktisch met veel verschillende strookbreedten en verschillende wapeningen en dikten te werken. We kunnen dan beter over een bepaalde strooklengte een gemiddelde strookbreedte toepassen, figuur 3.6-2.

06950416_h03.indd 46

Vervangen werkvloer In de praktijk wil men de werkvloer nog wel eens vervangen door wegenpapier of plastic folie (zogenaamd landbouwfolie). Deze methode is echter sterk af te raden, omdat door het lopen op het aangebrachte wapeningnet de afstandhouders in deze zachte onderlaag worden gedrukt. Daardoor is er niet meer voldoende dekking en gaat de hoofdwapening roesten. Deze methode is alleen te overwegen indien de strook niet wordt belopen en kan worden toegepast bij smalle stroken, zoals bij de bouw van eengezinswoningen of bungalows.

Worden de variaties te groot, dan moeten we over de strook een doorgaande verstijvingsrib van gewapend beton aanbrengen, waardoor de muurbelasting gelijkmatiger over de strook wordt verdeeld. Ook als plaatselijk een grote opening in de muur voorkomt, bijvoorbeeld een brede ingangspartij of een breed puikozijn, is een verstijvingsrib nodig om de belasting gelijkmatig over te brengen, figuur 3.7-1 en 3.7-2. Ter plaatse van de overgang van gevel naar kozijn treden in de rib trekspanningen op aan de onderzijde en in het midden van de opening aan

09-03-2005 12:51:32

3 FUNDERING OP STAAL

de bovenzijde, figuur 3.7-3. Op deze plaatsen is een relatief zware wapening nodig. Een andere reden voor het aanbrengen van een verstijvingsrib kan de ongelijkmatigheid van de ondergrond zijn. Daar waar de grondslag grotere draagkracht heeft, is de grondreactie groter (stijve grondveren) en op minder draagkrachtige lagen (slappe grondveren) is de grondreactie kleiner. Op de eerstgenoemde plaatsen moet

penant

penant

A

1

F

σg

2

belastingsschema

3

vervorming

rib

doorsnede A

Figuur 3.7 Krachten op strook in langsrichting

06950416_h03.indd 47

dus een opbuigend moment en op de andere een neerbuigend moment door de rib worden opgenomen. Het is van tevoren niet te zeggen waar en hoe het buigend moment in de lengterichting van de strook verloopt. Meestal is hier geen betrouwbare berekening voor op te stellen. Daarom geven we de verstijvingsrib een doorgaande onder- en bovenwapening, die over de gehele lengte onder en boven gelijk is en die we evenals de ribhoogte naar constructief inzicht kiezen. De verstijvingsrib wordt verder gewapend als een normale balk, figuur 3.8-1. Het is zaak de aanlegbreedten zo te bepalen dat voor elke muur de werklijnen van de resultanten van de belastingen en aangenomen grondreacties samenvallen. Anders kunnen de werkelijk optredende spanningen belangrijk afwijken van de veronderstelde spanningen.

vooraanzicht

F

47

3.1.3 Doorgaande gewapendbetonplaat Naast de strokenfundering kennen we de fundering op een doorgaande gewapendbetonplaat, figuur 3.9. Redenen voor de keuze van een doorgaande plaat kunnen zijn: • er is geen kruipruimte nodig; isolatie van de vloer tegen een koude ondergrond is mogelijk door toepassing van een speciale werkvloer. Bij gebouwen met een woonfunctie wordt een isolerende werkvloer toegepast om een te koude begane-grondvloer tegen te gaan; • de muren van de bovenbouw staan zo dicht op elkaar dat er nauwelijks ruimte tussen de stroken overblijft; • een zodanig grillige plaatsing van de muren, dat de benodigde ontgravingen niet uitvoerbaar zijn.

Ter plaatse van de buitengevel is een vorstrand nodig, figuur 3.9-1 en 3.9-2. Daar waar sprake is van zware neerkomende belastingen, kan het nodig zijn om de vloer plaatselijk te verdikken. We maken hier dan een zogenaamde versterkte strook, figuur 3.9-3. De versterkte strook kan in langsrichting worden beschouwd als een balk op meerdere steunpunten, figuur 3.9-4. De gronddruk werkt als een opwaartse belasting

09-03-2005 12:51:33

48

a

hoofdwapening verdeelwapening

balkwapening

50

150

beugels

1

werkvloer

vooraanzicht

F A

σg 1 2 (b

- a)

A

a

1 2 (b

- a)

b

2

belastingsschema

Het maatgevende moment in de strook bevindt zich nu niet in het midden van de breedte maar onder de zijkanten van de verstijvingsrib (punt A). De grootte van dit maximale moment bedraagt: • belasting: F [kN/m]; • strookbreedte: b [m]; 2 • grondspanning: σg [kN/m ]. F 2 σg = [kN/m ] b F Mmax = 12 ∙ ∙ ∙ 21 ∙ (b – a)∙2 b F (b – a)2 Mmax = 18 ∙ ∙ [kNm/m] b b Figuur 3.8 Strokenfundering met verstijvingsrib

en de kolommen als steunpunten. Ter plaatse van de kolommen treedt trek op aan de onderzijde van de versterkte strook; in het midden van de velden aan de bovenzijde. Op deze plaatsen is een relatief zware wapening nodig. De dikte van de strook moet niet alleen voldoen

06950416_h03.indd 48

aan eisen ten aanzien van buiging, maar wordt mede bepaald door het criterium ten aanzien van de veiligheid tegen het door de vloer ponsen van de kolommen. De vloer tussen vorstrand en versterkte strook wordt ook op buiging belast; zetting van rand en strook veroorzaken een opwaartse gronddruk op de vloer. De hiervoor optredende buiging geeft afwisselend trekspanningen onder en boven in de plaat. Een dubbel kruisnet is nodig (onder- en bovenwapening in twee richtingen). Indien het verschil in dikte tussen strook en vloer klein is, is het uit praktische overwegingen eenvoudiger de vloer dezelfde dikte te geven als de strook. 3.1.4 Eenzijdige fundering (belendingen) Wanneer de zijgevel samenvalt met de erfscheiding, kunnen we in de regel de normale fundering op staal niet toepassen, omdat de eigenaar van het belendende perceel het uitstekende deel hiervan niet op zijn terrein hoeft toe te laten. Ook bij het bouwen tegen een bestaand pand aan is het onmogelijk de normale constructie uit te voeren. We moeten een eenzijdige fundering toepassen. Bij geringe belasting en goede grondslag kunnen we bij metselwerk volstaan met het aan één zijde aanbrengen van de versnijdingen, zie figuur 3.10-1. Een eenzijdige fundering op staal van stampbeton (figuur 3.10-2) of van gewapend beton (figuur 3.10-3) is ook mogelijk.

De gronddrukspanning onder de funderingsstrook verloopt driehoekig, figuur 3.10-4. Aangezien de resultante van de gronddruk en de bovenbelasting samenvallen, bedraagt de meewerkende strookbreedte maximaal anderhalf maal de muurdikte. Een bredere strook is zinloos: het uiteinde komt dan los van de grond. Indien we een grotere strookbreedte nodig hebben, kan het toepassen van koppelbalken een oplossing zijn, figuur 3.10-5. Het niet-samenvallen van de bovenbelasting met de resultante van gronddrukspanningen (we nemen aan dat deze gelijkmatig is), veroorzaakt een moment M = F ∙ e. Dit geeft wringing in de strook, die we hiervoor moeten verzwaren. De wringing wordt overgedragen aan de koppel-

09-03-2005 12:51:34

3 FUNDERING OP STAAL

49

kolom

A

B vorstrand

versterkte strook schaal 1 : 100

1

verticale doorsnede

kolom afwerklaag

800 mm

afwerklaag

werkvloer

werkvloer schaal 1 : 50

2

3

detail A: vorstrand

kolom

kolom

F

detail B: versterkte strook

kolom

F

F

g

belastingsschema

vervorming

4

schaal 1 : 100

versterkte strook in langsrichting

Figuur 3.9 Doorgaande gewapendbetonplaat

balken die dwars op de strook staan (h.o.h. circa 3 m) en die het benodigde evenwicht verkrijgen uit een tegenovergelegen bouwmuur. De koppelbalken worden belast op buiging.

Een centrisch belaste funderingsstrook is nu mogelijk. De begane-grondvloer maken we van gewapend beton, waarbij het overstek moet worden berekend op een groot buigend moment en een grote dwarskracht.

Een andere oplossing is de overkraging van de begane-grondvloer, figuur 3.10-6.

06950416_h03.indd 49

11-03-2005 11:57:15

50

metselwerk

belending

belending

stampbeton hard polystyreen schuim

1

2

gemetselde fundering

stampbeton fundering

200

F R belending

σg gewapend beton 100

werkvloer

200 400

3

4

gewapende betonfundering

verloop grondspanningen

F belending

koppelbalk

M=F·e belending R e

5

strook met koppelbalk

6

uitgekraagde vloer

Figuur 3.10 Eenzijdige fundering

3.1.5 Fundering op poeren In de utiliteitsbouw komt het vaak voor dat we niet te maken hebben met lijnlasten van muren, maar met puntlasten tengevolge van de spanten van de bovenbouw. Het spreekt vanzelf dat we dan ook geen doorgaande funderingsstroken hoeven te maken. We kunnen volstaan met plaatselijke funderings-

06950416_h03.indd 50

punten, de zogenaamde poeren of stiepen, die vorstvrij worden aangelegd op de vaste grondslag, zie figuur 3.11. De figuur toont een poer van metselwerk (figuur 3.11-1) en een poer van gewapend beton (figuur 3.11-2). Op deze manier kunnen we muren funderen waarbij de vaste grondslag wat dieper (tot maximaal circa 3 m) onder het maaiveld ligt.

09-03-2005 12:51:36

3 FUNDERING OP STAAL

51

worden in principe net zo gemaakt als de funderingen voor doorgaande muren. Alleen komen hier de versnijdingen bij metselwerk, figuur 3.11-1, en de plaatoverstekken bij gewapend beton, figuur 3.11-2, aan alle vier zijden voor.

1

metselwerk

2

gewapend beton

Figuur 3.11 Poeren of stiepen

Onder de muren komen gewapendbetonbalken, die de belasting via gemetselde of betonnen pijlers naar de vaste grond afvoeren. Deze pijlers kunnen alleen ‘in den droge’ worden uitgevoerd. Ze vergen naast het nodige graafwerk vaak kostbare voorzieningen ten behoeve van bemaling . Deze diepe pijlers worden nog wel eens toegepast in combinatie met een gedeeltelijke onderkeldering. Hierdoor wordt het gehele gebouw op dezelfde grondslag gefundeerd (gelijk aanlegniveau). De betonnen pijlers worden als normale kolommen uitgevoerd. De gemetselde pijlers kunnen we beter maken als een kort muurtje, gemetseld in normaal vuilwerkverband, dan als een gemetselde vierkante kolom. Dit laatste is nogal arbeidsintensief. Het metselwerk van baksteen moet, door berapen, tegen agressieve invloeden vanuit de grond worden beschermd.

Voor het bepalen van de benodigde afmetingen (dimensionering) van een gewapendbetonpoer moeten we met de volgende aspecten rekening houden (figuur 3.12-1): • bepaling van het benodigde oppervlak van de poer (b × b) met betrekking tot de toelaatbare gronddruk; • de breedte/dikteverhouding van de poer (b < 6h); we streven naar een relatief stijve plaatconstructie zodat een gelijkmatige gronddruk optreedt; • zodanige afmetingen van de plaatdoorsnede (b × h), dat het buigend moment kan worden opgenomen; • een voldoende dikte (h) van de poer, zodat de kolom niet door de plaat ponst. De grootte van het moment in de plaat kan worden bepaald zoals bij de strokenfundering met verstijvingsrib. Voor een goede verbinding van kolom en plaat dienen er in de plaat wapeningstekken te worden aangebracht, die voldoende laslengte hebben voor de later aan te brengen kolomwapening, figuur 3.12-2. Het moment werkt in beide richtingen, zodat we te maken hebben met twee hoofdrichtingen, figuur 3.12-3; de momenten MI en MII zijn in de figuur aangegeven met een momentvector (kurkentrekker-regel). We dienen de wapening uit te rekenen in twee richtingen. De nuttige hoogte in de ene richting is daarbij groter dan in de andere richting, figuur 3.12-4. De berekening van de ponsspanning is sterk vereenvoudigd (4 × a × h is het manteloppervlak van de kolom in de plaat, figuur 3.12-1).

De poeren of stiepen voor de fundatie van kolommen en de ondergrondse pijlerfunderingen

06950416_h03.indd 51

09-03-2005 12:51:37

52

F

Berekeningsblad

F

a a

F

a F

a kolomstekken

a h

a b

h

b b

1

kolomstekken

h

b

De grootte van de momenten zijn: •1 belasting: F [kN] • grondoppervlak: b2 [m2] • grondspanning: σg [kN/m2] F σg = 2 [kN/m2] b F b 2 MI = MII = 1 · 2 · ∙ ∙ 2 b 2 = MII 1 MI = · F [kNm/m] 8 ofwel

2

h

2

1 2b

1 2b

1 2b

1 2b

MI

1 2b

1 2b

MII

MI

1 2b

MII 1

32

b

3

1 M = · F · b [kNm], voor de totale poerbreedte. 8

b

De ponsspanning bedraagt circa (fig. 1): • belasting: F [N] • afm. kolomdoorsnede: a × a [mm2] • afm. plaat: b × b × h [mm3]

b

F Ponsspanning: τ = [N/mm2] 4·a·h

4

b

(4 · a · h is het manteloppervlak van de kolom in de plaat (fig. 1).

4

b

In werkelijkheid is het breukpatroon conusvormig. De toelaatbare ponsspanning bedraagt ongeveer 1,0 N/mm2, afhankelijk van de betonkwaliteit (zie hiervoor de Betonvoorschriften). Figuur 3.12 Sterkteberekening van een poer

06950416_h03.indd 52

09-03-2005 12:51:38

3 FUNDERING OP STAAL

3.2 Fundering op grondvervanging

53

We kunnen volstaan met het zandpakket (meestal zandkoffer genoemd) uitsluitend aan te brengen onder de muren. De sleuven hiervoor worden minstens zo breed, dat de uitgeoefende drukkrachten zich door de aanvulling onder 45° kunnen spreiden, figuur 3.13-1.

Wanneer we grondsoorten met onvoldoende draagkracht voor een fundering op staal ontmoeten, kunnen we deze laten weggraven en vervangen door zuiver zand. Deze werkwijze heet grondvervanging.

Als de vaste grondslag vrij diep ligt, zodat de zandlaag nogal hoog wordt, zouden tussen de sleuven maar kleine onafgegraven gedeelten overblijven. Eenvoudigheidshalve wordt dan alles afgegraven, zodat de zandkoffer in zo’n geval onder het gehele gebouw doorloopt, figuur 3.13-3.

Fundering op grondverbetering In plaats van een ‘fundering op grondvervanging’ spreekt men ook vaak van een ‘fundering op grondverbetering’. Omdat de slechte grond in werkelijkheid wordt vervangen en niet wordt verbeterd, hebben we in dit boek gekozen voor de term ‘fundering op grondvervanging’.

3.2.2 Grondvervanging: de spaarmethode Een gedeelte van de slechte grond wordt niet afgegraven. We maken de ontgraving dan minder diep, zodat over een zekere hoogte de slappere grond boven de vaste laag blijft staan. We gebruiken de zandkoffer om de druk van de bouwmuren over zo’n breedte te spreiden, dat de druk per vierkante meter veilig door deze slappere grond kan worden opgenomen, figuur 3.13-2.

3.2.1 Grondvervanging: methode met zandkoffer De slechte grond wordt over de gehele hoogte weggegraven. Vervolgens wordt een zandstorting aangebracht om een behoorlijk draagkrachtige laag te verkrijgen tussen de vaste grondslag en de zool van de fundering. Deze hoeft nu niet dieper te worden aangelegd dan voor het vorstvrij zijn noodzakelijk is.

grondaanvulling zand

grondaanvulling

zand

vaste grondslag

1

vaste grondslag

2

zandkoffer onder draagmuur

grondaanvulling

spaarmethode

grondaanvulling

H.W. zand vaste grondslag

3

H.W. = hoogste waterstand

volledige zandkoffer onder gehele gebouw

Figuur 3.13 Fundering op zandstorting

06950416_h03.indd 53

09-03-2005 12:51:39

54

Deze methode kan echter ongelijke zettingen geven door onregelmatigheden in de slappe laag. Deze in de waterbouwkunde als spaarmethode bekend staande manier van werken, moet voor de bouw van enigszins belangrijke bouwwerken worden verworpen. Zelfs in de wegenbouw treden hierbij al zeer ernstige zettingsverschillen op. Indien de dikte van de slappe lagen enige meters bedraagt (2 à 3 m), dan is het bij gebouwen mogelijk om het ontwerp aan te passen en het bouwwerk van een kelder te voorzien. Daardoor kan een dure zandaanvulling achterwege blijven. 3.2.3 Oppervlakteverdichting Bij grondvervanging dienen we ernaar te streven de zandaanvulling zo dicht en vast mogelijk te maken, om inklinking van betekenis te voorkomen. We kunnen de draagkracht van voornamelijk zandlagen verbeteren door de korrels door trillen dichter in elkaar te drijven, waardoor de pakking wordt vergroot, figuur 3.14.

De draagkracht van de grondmassa wordt voor een belangrijk deel bepaald door de grootte van de wrijvingskrachten op de raakvlakken tussen de korrels. Dichtgepakte grond heeft per volume-eenheid meer raakvlakjes en daardoor een hogere draagkracht dan losgepakte grond. Goed gegradeerd zand laat zich goed verdichten, in tegenstelling tot zand met een gelijkmatige samenstelling, zoals duinzand. Met ver-

1

losse pakking

2

dichtingsmethoden worden niet-samenhangende, losgepakte grondsoorten verdicht; de draagkracht neemt daardoor belangrijk toe en de zettingen worden sterk verminderd. Door het verdichten wordt de pakkingsdichtheid opgevoerd. De grond wordt daartoe in trilling gebracht, zodat de wrijvingskrachten tussen de korrels tijdelijk kleiner worden. De korrels vinden een nieuw evenwicht in een dichtere pakking als gevolg van de trillingen en de werking van de zwaartekracht. Zandige soorten zijn weinig samenhangend. In het algemeen kan het zand het beste verdicht worden wanneer we het in trilling brengen combineren met inwatering. Elke aanvulling klinkt op den duur door samenwerking van trillingen en eigen gewicht in. De factor tijd speelt dus een belangrijke rol. Omdat we echter willen beginnen met de bouw zodra de aanvulling gereed is, moeten we middelen gebruiken die deze inklinking sneller doen verlopen. De voor dit doel geschiktste verdichters zijn trilmachines en explosiestampers. Ook mechanische stampers geven goede resultaten. Is het te verdichten oppervlak groot, dan kunnen we een trilwals gebruiken. We gaan als volgt te werk: na het ontgraven wordt een zandbed, in dikte variërend van 200 tot 500 mm, aangebracht en verdicht. De laagdikte is afhankelijk van de toe te passen verdichtingsmachine, zie de tabel van figuur 3.15.

dichte pakking

Figuur 3.14 Grondverbetering door verdichting

06950416_h03.indd 54

09-03-2005 12:51:40

3 FUNDERING OP STAAL

Verdichter

Laagdikte

Handstampers

< 200 mm

Explosiestampers

< 300 mm

Trilplaten < 1000 kg > 1500 kg

< 400 mm < 500 mm

verdichte bodemlagen zijn stabiel en vertonen geen zettingen meer van betekenis. Met behulp van sonderingen kan het resultaat van de diepteverdichting worden gecontroleerd. Er is een duidelijk verband tussen de grootte van de conusweerstand (qc) en de samendrukkingsconstante C’. Voor zand geldt als vuistregel: C’ = 1,5 à 3,0

Figuur 3.15 Laagdikte zandaanvulling afhankelijk van te gebruiken verdichters

Na het verdichten wordt de volgende laag zand opgebracht en verdicht. Dit proces wordt herhaald tot de vereiste dikte van het totale pakket is bereikt. Na verdichten kan bij deze methode de toegestane funderingsdruk (gronddruk) variëren van 2 200–300 kN/m , afhankelijk van de zandsoort en het gewicht van de trilplaat. Scherp zand geeft de beste resultaten en natuurlijk het gebruik van een zware trilplaat met hoge frequentie. Het verdichten van zand met trilmachines is alleen in den droge mogelijk. De waterspiegel moet minimaal 500 mm onder de te verdichten laag liggen, anders ontstaat door de trillende werking van de machine drijfzand. Het is duidelijk dat na het aanbrengen van de zandstorting de fundering zelf een normale fundering op staal of kelderfundering vormt.

3.3 Grondverbetering door diepteverdichting Bij deze methode wordt het diepliggende zand verdicht, zo nodig tot een diepte van 35 meter. Het ondiepe zand direct beneden maaiveld moet altijd worden naverdicht met de hiervoor beschreven methoden. De diepteverdichting geschiedt met een speciale trilmachine, figuur 3.16. Met deze methode kunnen we ook onder water verdichten. Deze methode is niet alleen van belang voor het funderen van bouwwerken op staal, maar ook voor paalfunderingen. Goed

06950416_h03.indd 55

55

qc σ’v

waarin: qc = conusweerstand σ’v = verticale korrelspanning ter plaatse van de gemeten conusweerstand

3.4 Bestaande funderingen op staal Het komt regelmatig voor dat een bestaande fundering te licht is uitgevoerd (te smalle aanlegbreedte en/of te ondiep aanlegniveau). Bij gebouwen uit vroegere eeuwen blijkt herhaaldelijk dat men weinig inzicht had in de funderingsproblematiek. Er zijn oude gebouwen met zware balklagen en dikke muren, waarbij de voet van de fundering weinig, soms zelfs in het geheel niet is verzwaard. Het is onbegrijpelijk hoe zo’n gebouw door de eeuwen heen is blijven staan. Bij sommige van deze gebouwen zijn dan ook grote zettingen en scheuren opgetreden. Bij andere beginnen die zich nu te vertonen onder invloed van trillingen door het hedendaagse verkeer. Deze scheuren kunnen ook ontstaan wanneer we de houten vloeren vervangen door betonvloeren of bij afbraak van een belendend perceel. Door de plotselinge ontlasting van de ondergrond gaat een deel van de draagkracht hiervan verloren. Belasting op de grond naast het fundament verhoogt immers de draagkracht. In dergelijke gevallen kan de fundering worden verdiept. Ook wanneer een opdrachtgever een gebouw wil laten uitbreiden en dit nieuwe gebouw met een kelder moet worden uitgevoerd, onmiddellijk naast het bestaande gebouw zonder kelder, is het noodzakelijk de fundering van het bestaande gebouw te verdiepen. Hiervoor bestaan de volgende mogelijkheden:

09-03-2005 12:51:41

56

inspuiten verdichten

De machine bestaat uit een motorlier met arm, waaraan een trilelement is opgehangen. Het trilelement is aangesloten op een waterpomp. Het water kan aan de onderzijde van het trilelement uittreden. Het stelsel van trilelement en verlengingsbuizen wordt in de zandgrond gebracht. De overvloedige hoeveelheid water, gecombineerd met de trillingen, doet plaatselijk drijfzand ontstaan; de verdichter zakt door zijn eigen gewicht daarin weg. Wanneer de gewenste diepte is bereikt, wordt de water-

punt gereed

toevoer afgesloten; dan begint de eigenlijke verdichting. De trillingen en de werking van de zwaartekracht zorgen ervoor dat een cilindervormige moot van het zandpakket wordt verdicht. Wanneer de verdichting op een punt is voltooid, wordt de verdichter over een kleine afstand opgetrokken: de inklinkende grondmassa wordt vanaf het maaiveld bijgevuld met zand. De hoeveelheid zand is in sommige gevallen een maatstaf voor de bereikte verdichting.

Figuur 3.16 Diepteverdichting

• •

een ondermetseling toepassen; onder de bestaande fundering een betonachtig materiaal aan te brengen voordat de bouwput wordt ontgraven; we spreken van injecteren en jetgrouten; • door bevriezing van de grond. 3.4.1 Ondermetselen, onderstromen Ondermetselen wordt bloksgewijs uitgevoerd; dat wil zeggen over een geringe lengte van ongeveer 1 meter. Onder de bestaande muur wordt de grond plaatselijk weggegraven, ten minste tot een diepte die nodig is om een voet met het vereiste aantal versnijdingen aan te brengen, figuur 3.17-1. Verder wordt de diepte van de uitgraving bepaald door de plaats van een draagkrachtige laag en de aanlegniveaus van een nieuwe kelder.

06950416_h03.indd 56

We sluiten onder het bestaande metselwerk aan met een stroomlaag, figuur 3.17-3. We spreken daarom ook wel van het onderstromen van een bestaande fundering. De vlijlaag onder de bestaande muur en soms ook enkele lagen van het funderingsmetselwerk, indien dit slecht blijkt te zijn, verwijderen we. Deze methode van ondermetselen heeft het voordeel, dat onder de nieuwe fundering de druk vrijwel gelijkmatig wordt verdeeld. Daartegenover staat, dat het nieuwe metselwerk nogal wat zetting kan krijgen. In de praktijk wordt de verhardingskrimp van het nieuwe metselwerk grotendeels opgevangen door de stroomlaag een dag na voltooiing van het overige metselwerk aan te brengen.

09-03-2005 12:51:42

3 FUNDERING OP STAAL

bestaand metselwerk vlak hakken

bestaand

stroomlaag

A

bestaand metselwerk

stroomlaag

keldervloer

nieuw

1

nieuw funderingsmetselwerk

3

doorsnede ondermetseling

aanzicht stroomlaag

B

A D

2

57

schaal 1 : 20

C E

F

doorsnede A

De werkvolgorde is achtereenvolgens de blokken A, B en C aanbrengen. Daarna, als A, B en C voldoende zijn verhard, beginnen we met de blokken D, E en F. Figuur 3.17 Ondermetseling van een bestaande fundering

Het bezwaar dat we telkens moeten wachten totdat de strook onder een blok verhard is, alvorens we een naastgelegen blok kunnen ontgraven, is bij het gebruik van snelverhardend cement tot een minimum te beperken. Onderblokken Behalve met metselklinkers kunnen we een bestaande fundering ook verdiepen met prefabbetonblokken. In dat geval spreken we wel van onderblokken. De blokken zijn bijvoorbeeld 1 m breed en 0,5 m hoog. 3.4.2 Grondverbetering door injectie Losse gronden en zand- en grindlagen, die door te geringe dichtheid een onvoldoende draagkracht hebben, zijn te verbeteren door het inbrengen van cementwater of een chemisch preparaat waarmee de korrels worden omhuld. Na verharding wordt een verstening van de desbetreffende laag bereikt. Dit noemen we injecteren. Hierbij pompen we een geschikte vloeistof in de holle ruimte tussen de korrels, die na verharding de zandkorrels onderling verbindt. De korrels kitten

06950416_h03.indd 57

zo aan elkaar. Hierdoor ontstaat een versteend massief onder de fundering dat de gebouwbelasting naar een dieper niveau overdraagt en tevens dient als grondkering, zie figuur 3.18. In deze figuur zijn twee voorbeelden van een dergelijke grondverbetering gegeven, één zonder stempeling, figuur 3.18-1, en de ander voorzien van groutankers, figuur 3.18-2. Bij beide zien we de mogelijkheid om kelders aan te brengen tegen of zelfs onder bestaande gebouwen. De injectievloeistof stroomt veelal niet verder dan ongeveer 0,5 m vanaf het injectiepunt, afhankelijk van de grondsoort en de vloeistof. We maken min of meer bolvormige lichamen met een diameter van ongeveer 1 m. Om een doorgaand injectiemassief van voldoende omvang te verkrijgen, moeten we op een groot aantal plaatsen injecteren. Dit maakt de methode arbeidsintensief en daardoor kostbaar. 3.4.2.a Injecteren met cement Grof zand en grind kunnen we verstenen door injecteren met een water-cementmengsel (in klei, leem en veen is deze methode niet toepasbaar). Voor het inpersen hiervan bestaan verschillende toestellen. In plaats van een mengsel van cement en water zoals we bij zandgrond kunnen gebruiken, moet voor grindgrond een mengsel van cement, water en zand worden ingeperst.

09-03-2005 12:51:42

58

bestaand gebouw

bestaand gebouw

nieuwe kelder

nieuwe kelder

grondwaterstand

geïnjecteerde grond

groutanker

1

zonder stempels/ankers

2

met groutankers

Figuur 3.18 Grondverbetering door injectie onder een bestaand gebouw

De samenstelling van het mengsel is afhankelijk van het percentage zand dat tussen het grind reeds aanwezig is. 3.4.2.b Injecteren met chemische stoffen Bij dit systeem wordt door middel van dunne, aan het ondereind geperforeerde boorbuizen eerst een kiezelzuurverbinding onder druk in de grond gespoten. Hiervoor moet de grond voldoende doorlatend zijn. Deze methode is daarom alleen geschikt in zand, mits hierin niet te veel fijne delen aanwezig zijn. In klei, leem en veen is deze methode niet toepasbaar. Daarna wordt een zoutoplossing ingebracht, die met het kiezelzuur een verbinding aangaat die de gronddeeltjes omhult en onderling bindt. Tegenwoordig worden ook andere chemicaliën gebruikt. Gaat de verbinding in vaste toestand over, dan ontstaat een blijvende verstening. Door de juiste keuze van de injectievloeistof heeft het versteende grondmassief voldoende sterkte gekregen. Er zijn injectievloeistoffen waarmee de grond vooral waterdicht wordt gemaakt. We spreken dan van een gellaag. Zo’n gellaag heeft echter maar weinig sterkte en is ongeschikt als funderingsversterking.

Met de juiste injectievloeistof krijgt los zand een druksterkte van 200 à 250 kN/m2, hetgeen overeenkomt met de druksterkte van zandsteen.

06950416_h03.indd 58

Tot een diepte van 25 m is het mogelijk de grond chemisch te verstenen. De versteende grondmassa is uitstekend bestand tegen schadelijke bodemzuren. Deze werkwijze is ook toe te passen om lekke kelders weer te dichten, door aan de buitenkant een versteende aardlaag aan te brengen. Dit kan zelfs geschieden vanaf de binnenkant, zodat ontgravingen niet nodig zijn. Deze methode is onder andere ook toegepast om de grond onder pijlers waarop naderhand een grotere belasting moest worden toegelaten, te verstenen. Hierdoor was vergroting van het funderingsoppervlak niet meer nodig. 3.4.3 Grondverbetering door jetgrouting Met jetgrouten kunnen we onder de bestaande fundering overlappende betonkolommen aanbrengen. Met een roterende spuitlans wordt de aanwezige grond onder hoge druk losgespoten en verwijderd. Tegelijkertijd voegen we een water-cementmengsel toe, zodat na verharding een steenachtig massief (grondbeton) ontstaat, die de gebouwbelasting naar een dieper niveau overdraagt en tevens dient als grondkering.

We noemen jetgrouting ook wel VHP-grouting (Very High Pressure) of HDI (Hoge Druk Injectie), figuur 3.19. In tegenstelling tot de hiervoor besproken injectiemethoden, kunnen we jetgrou-

09-03-2005 12:51:45

3 FUNDERING OP STAAL

Figuur 3.19 Jetgrouting

ting in alle grondsoorten toepassen, mits we de specifieke uitvoeringswijze aanpassen aan de grondsoort. Ook hangt het bereikte resultaat af van het type grond waarin we jetgrouten. De uitvoeringswijze is in grote lijnen als volgt: 1 Een stalen hulpbuis wordt door boren of spoelen op de gewenste diepte gebracht. Aan de onderzijde is een speciale boorkroon met injectieopeningen bevestigd. 2 De buis wordt langzaam, draaiend getrokken. Onder zeer hoge druk wordt een water-cementmengsel in de grond gespoten. 3 De aanwezige grond wordt laagje voor laagje afgeschraapt en vermengd met grout. Op deze wijze wordt een groutkolom geformeerd. 4 Eventueel kan achteraf, als het grout nog vloeibaar is, wapening in de groutkolom worden aangebracht. De losgespoten grond die via het boorgat naar het maaiveld afstroomt, moet daar worden opgevangen en vervolgens worden afgevoerd van de bouwplaats. Als we naast elkaar een aaneensluitende rij kolommen willen maken, moeten we verspringend werken om te verhinderen dat de eerder gemaakte en nog niet verharde kolom wordt beschadigd.

06950416_h03.indd 59

59

Bron: Handboek Funderingen

In hoofdlijnen zijn er drie uitvoeringsmethoden mogelijk, figuur 3.20: 1 mono-jetsysteem, figuur 3.20-1. De boorkroon heeft één injectieopening. De spuitdruk bedraagt circa 40–80 MPa. Dit systeem passen we hoofdzakelijk toe als er alleen zandlagen zijn; 2 bi-jetsysteem. De groutstraal heeft een druk van 40–50 MPa en wordt omhuld door een luchtstraal met een druk van 0,7–1,2 MPa. Door de luchtstraal wordt het bereik van de groutstraal vergroot. Bovendien wordt door de opstijgende lucht het transport van het materiaal naar het maaiveld verbeterd (airliftwerking). 3 tri-jetsysteem. Hierbij wordt de grond door een waterstraal met een druk van 40–50 MPa losgespoten. De waterstraal is omhuld door een luchtstraal. Enkele decimeters lager wordt grout geïnjecteerd, waardoor de ontstane ruimte wordt opgevuld. Als we in een bepaalde ondergrond nog maar weinig of geen ervaring hebben met jetgrouting, maken we vaak enkele proefkolommen om het juiste systeem en de uitvoeringsparameters (draaisnelheid, druk, treksnelheid) te kunnen bepalen.

09-03-2005 12:51:46

60

lucht

lucht water-cement

water

water-cement

water-cement

1

mono-jet

2

bi-jet

3

tri-jet

Figuur 3.20 Uitvoeringswijzen jetgrouting

3.4.4 Tijdelijke grondverbetering door bevriezing Door de grond onder de bestaande fundering kunstmatig te bevriezen, ontstaat een steenachtig materiaal waardoor de draagkracht van de grond hoger wordt. Uiteraard is dit maar tijdelijk. Net als bij het injecteren van grond, moeten ook voor kunstmatige bevriezing op een groot aantal plaatsen vrieslansen in de grond worden gebracht om een vrieslichaam van voldoende omvang te verkrijgen. Bij kunstmatig bevriezen van cohesieve grond zoals klei en veen treden vervormingen op (volumevergroting door ijsvorming), hetgeen betekent dat we de methode in dat geval beter niet kunnen toepassen.

3.5 Berekening van de draagkracht Voor het bepalen van de draagkracht van een fundering op staal moeten we twee grenstoestanden in beschouwing nemen: 1 de uiterste grenstoestand: • grondmechanische; • constructieve; 2 de bruikbaarheidsgrenstoestand. 1 Uiterste grenstoestand Dit is de toestand waarbij de constructie van het bouwwerk, ten gevolge van het bereiken van de draagkracht van de grond of van constructieve elementen van het bouwwerk, volledig onbruik-

06950416_h03.indd 60

baar wordt en er geen veiligheidsmarge meer aanwezig is. De grondmechanische grenstoestand wordt ook wel de bezwijkdraagkracht genoemd. Deze grenstoestand wordt bereikt indien een steeds doorgaande vormverandering (zetting) optreedt. De constructieve grenstoestand betreft het bezwijken van constructieonderdelen (balken, kolommen enzovoort), bijvoorbeeld door ongelijke zettingen. 2 Bruikbaarheidsgrenstoestand Dit is de toestand waarbij het bouwwerk de grens van eisen voor normaal gebruik heeft bereikt. We noemen dit ook wel de vormveranderingsdraagkracht. Deze grenstoestand wordt bereikt wanneer de vormveranderingen, bijvoorbeeld de zettingen, ontoelaatbaar groot worden. Rekenwaarden en partiële factoren De veiligheid van de constructie wordt berekend met behulp van de belastingsfactoren en de materiaalfactoren, die zijn verwerkt in de rekenwaarden van respectievelijk de belastingen en de grondeigenschappen, zie TGB-1990 (NEN 6700 en NEN 6702), Belastingen en vervormingen en de TGB’s Geotechniek (NEN 6740 en NEN 6744). De rekenwaarden van de belastingen uit de bovenbouw en uit de fundering mogen niet groter zijn dan de rekenwaarden van de draagkracht (sterkte) en de vervorming (stijfheid) van de grond.

09-03-2005 12:51:47

3 FUNDERING OP STAAL

Uiterste grenstoestand tangens van de hoek van inwendige wrijving ϕ’ cohesie c’ samendrukkingsconstante C’ volumiek gewicht γ

1,15 1,6 1,3 1,1

Bruikbaarheidsgrenstoestand samendrukkingsconstante

1,0

61

3.5.1 Bezwijkdraagkracht In figuur 3.22 zijn de schuifvlakken afgebeeld die ontstaan ten gevolge van de bezwijkbelasting; de grond wordt zijdelings weggeperst. De gronddekking (bovenbelasting) werkt gunstig op de draagkracht. We moeten dus conservatieve waarden voor de dekking in rekening brengen.

De bezwijkdraagkracht van een strokenfundering kan met behulp van de volgende formule worden bepaald (zie NEN 6744):

Figuur 3.21 Materiaalfactoren volgens NEN 6740; TGB 1990 – Geotechniek, Basiseisen en belastingen

Onder rekenwaarden verstaan we de bij de toetsing van de fundering aan de grenstoestanden aan te houden waarden voor de belasting en de grondeigenschappen. De rekenwaarden voor de belastingen verkrijgen we door de representatieve belastingen te vermenigvuldigen met een belastingsfactor. Voor de uiterste grenstoestand (1) is de belastingsfactor groter dan 1,0. De rekenwaarden voor de grondeigenschappen verkrijgen we door de representatieve waarden te delen door een materiaalfactor. Voor de uiterste grenstoestand (1) is de materiaalfactor groter dan 1,0, zie figuur 3.21. De grondeigenschappen, zoals de hoek van inwendige wrijving, de cohesie en de samendrukkingsconstante worden in een laboratorium bepaald. Voor de bruikbaarheidsgrenstoestand (2) werken we met een belastingsfactoren en materiaalfactoren van 1,0. Dit komt er op neer dat we deze grenstoestand (2) toetsen onder de gebruiksbelasting.

Fr;v;d = B ∙ L ∙ (c’ ∙ NC + σ’V ∙ Nq + 0,5 ∙ γ’ ∙ B ∙ Nγ) waarin: Fr;v;d = rekenwaarde van de bezwijkdraagkracht in kN B = aanlegbreedte van de strook in m L = lengte van de strook (L > 10 ∙ B) in m c’ = rekenwaarde van de cohesie in kPa σ’v = oorspronkelijke korrelspanning op diepte z van het aanlegniveau in kPa γ = rekenwaarde van het volumiek gewicht van de grond onder het aanlegniveau, in kN/m3 Nc = draagkrachtfactor voor de invloed van de cohesie Nq = draagkrachtfactor voor de invloed van de gronddekking Nγ = draagkrachtfactor voor de invloed van de aanlegbreedte en het volumiek gewicht van de grond onder het funderingsoppervlak

Fs;d

bovenbelasting

45 – 12 σ '

bovenbelasting

45 – 12 σ ' 45 + 12 σ '

45 – 12 σ '

45 – 12 σ '

45 + 12 σ '

schuifvlakken

Figuur 3.22 Schuifvlakken volgens Prandtl

06950416_h03.indd 61

09-03-2005 12:51:48

62

115 kN/m. In het algemeen passen we strokenfunderingen toe indien de ondergrond bestaat uit zand. Een strokenfundering op kleigrond is bij niet al te grote belastingen ook mogelijk.

100 90 80 70 60 50 40 30 Nq

20

Nc

10 N

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

σ 'e;d

In deze figuur zien we een grafiek met de waarden voor de draagkrachtfactoren. De factoren zijn alleen afhankelijk van de hoek van inwendige wrijving van de betreffende grond. De grootte van de draagkrachtfactoren berusten op onderzoek van Prandtl, Meyerhof en Brinch Hansen. Figuur 3.23 Draagkrachtfactoren

Indien de grond zich onder de waterspiegel bevindt, moeten we het volumiek gewicht onder opdrijving in rekening brengen. Indien de strokenfundering niet voldoet aan de eis L > 10 ∙ B, moeten we in de draagkrachtberekening vormfactoren opnemen. Als de belasting onder een hoek gericht is (dus niet verticaal), loopt het schuifvlak minder diep door de ondergrond. Hierdoor neemt de draagkracht sterk af. Dit wordt in rekening gebracht met hellingfactoren. Als de belasting niet midden op het fundament staat, maar excentrisch, neemt de draagkracht ook af. In feite wordt maar een deel van de breedte van de strokenfundering benut. Dit brengen we in rekening door in de formule de breedte te reduceren. Figuur 3.24 toont de berekening van de bezwijkdraagkracht van een funderingsstrook. Uit de berekening blijkt, dat de rekenwaarde van de strookbelasting niet groter mag zijn dan

06950416_h03.indd 62

3.5.2 Vormveranderingsdraagkracht De vormveranderingsdraagkracht betreft twee grenstoestanden: • de uiterste (constructieve) grenstoestand; hierbij moeten we controleren of de constructieelementen in de fundering en in de bovenbouw (balken, kolommen enzovoort) de vervormingen kunnen volgen; • de bruikbaarheidsgrenstoestand; hierbij moeten we controleren of de zettingen niet zodanig zijn dat de bouwconstructie niet meer voldoet aan de eisen ten aanzien van de bruikbaarheid.

De twee grenstoestanden moeten worden getoetst met verschillende belastings- en materiaalfactoren. Voor de uiterste grenstoestand zijn deze factoren groter dan 1,0; voor de bruikbaarheidsgrenstoestand zijn de factoren gelijk aan 1,0. Om de vervormingen te kunnen uitrekenen (bijvoorbeeld met behulp van de logaritmische samendrukkingswet van Terzaghi), moeten we het verloop van de belastingspreiding in de ondergrond kennen. In hoofdstuk 2 hebben we bij een zettingsberekening een spreiding van 2 : 1 aangenomen en dit gekwalificeerd als een veilige aanname. Hoe veilig is deze aanname eigenlijk? De Fransman Boussinesq heeft de belastingspreiding in formulevorm vastgelegd. In figuur 3.25 is het verloop van de belastingspreiding grafisch weergegeven. Zo is de belastingsdruk op een diepte van anderhalf maal de aanlegbreedte van de fundering, in het midden, nog maar 40% van de druk ter plaatse van het aanlegniveau. De belastingsdruk neemt naar de zijkanten toe, af. In berekeningen houden we veiligheidshalve vaak ter vereenvoudiging een belastingspreiding van 2 : 1 aan. In NEN 6744 is verder vermeld dat bij het bepalen van de zakking alleen die grondlagen hoeven te worden meegenomen, waarin de toename van de korrelspanning groter is dan 20% van de oorspronkelijke verticale korrelspanning.

09-03-2005 12:51:49

3 FUNDERING OP STAAL

63

Berekeningsblad

200 50

grondwaterstand

200

800

kruipruimte

Voorbeeld: Een fundering heeft een aanlegbreedte van 0,8 m en een gronddekking van 0,2 m. De hoogste grondwaterstand is gelijk aan de onderkant van de fundering.

500

600

200

100

÷ Peil

800

maatgevende gronddekking

schaal 1 : 20

Voorts is gegeven: C’ = 0 (geen cohesie) ϕ’rep = 35˚ → ϕ’d = 31,3˚ (zand) γ1 = 16 kN/m3 → γ1;d = 14,55 kN/m3 γ2

= 20 kN/m3 (onder water) → γ2;d =

∙ 20 – 10∙ = 8,18 kN/m 1,1

3

In de grafiek lezen we af: Nc = 33,6, Nq = 21,5 en Nγ = 24,9. De bezwijkdraagkracht per strekkende meter bedraagt nu: Fr;v;d = 0,8 × 1,0 × (0 × 33,6 + 0,2 × 14,55 × 21,5 + 0,5 × 8,18 × 0,8 × 24,9) = 115 kN/m1. Figuur 3.24 Bezwijkdraagkracht van een funderingsstrook

06950416_h03.indd 63

09-03-2005 12:51:50

64

b F

1 2b

45°

1 2b 1 2b

spanningstrajectorie

–0,9 –0,6

45°

–0,4

1 F2

1 2 b1

F1

1 2 b2

Naarmate de funderingsvoet breder is, zullen de diepere grondlagen meer tot de zetting bijdragen. Bredere funderingen zullen dus bij gelijke specifieke druk een grotere zakking geven dan smallere funderingen.

1 2 b2

1 2 b1 1 2 b1

De belasting die door de funderingsvoet op de ondergrond wordt overgebracht, spreidt zich naar beneden toe. De belasting per eenheid van oppervlakte wordt met toenemende diepte dus steeds kleiner. We kunnen nu onder de funderingsvoet door middel van spanningstrajectoriën (lijnen van gelijke verticale spanningsverhoging) verschillende spanningsgebieden aangeven. Dieper gelegen lagen ondervinden dus minder invloed van de belasting door de fundering, dan lagen direct onder de funderingsvoet.

1 2 b2

b1

b2

2 F1 bestaand

F2 nieuw

Bij een nieuw gebouw dat naast een bestaand gebouw moet komen, beïnvloeden de spanningsgebieden elkaar, zodat er hogere grondspanningen optreden. Dit resulteert in extra zettingen, wat het scheefzakken van de gebouwen tot gevolg kan hebben (zie ook figuur 3.3).

3 Figuur 3.25 Belastingspreiding onder een fundering op staal

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 1 Handboek Funderingen. SBR, Ten Hagen Stam, losbladige uitgave met jaarlijkse aanvullingen. 2 Veen, C. van der, E. Horvat en C.H. van Kooperen, Grondmechanica. Waltman, Delft, 1981.

06950416_h03.indd 64

Normen NEN 6700 Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 - Algemene basiseisen NEN 6702 Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 - Belastingen en vervormingen NEN 6740 Geotechniek - TGB 1990 - Basiseisen en belastingen NEN 6744 Geotechniek - Berekeningsmethode voor funderingen op staal

09-03-2005 12:51:52

Fundering op palen

4

ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

Indien de draagkrachtige grondlaag ver beneden het aanlegniveau van een bouwwerk ligt, funderen we op palen. Om een juiste keuze te kunnen maken is een gedegen kennis van typen palen en heimiddelen nodig. De keuze wordt bepaald door randvoorwaarden zoals nieuwbouw of renovatie, de invloed van heitrillingen, de grondwaterstand en de aanwezigheid van zettingen van de slappe lagen boven het inheiniveau. Ten slotte is kennis nodig van grondmechanische berekeningen om de draagkracht van de paal vast te stellen.

06950416_h04.indd 65

09-03-2005 12:58:55

66

Inleiding Een fundering op palen passen we toe als we een bouwwerk moeten optrekken waarbij de vaste grondslag zo ver beneden de aanleg van het bouwwerk ligt, dat noch in technisch noch in economisch opzicht een fundering op poeren, putten of grondvervanging mogelijk is. Maar de draagkrachtige lagen zijn wel met palen te bereiken. Nadat de palen als dragende elementen zijn geplaatst, moet daarover een voldoende stijve vloer

en/of balkenrooster worden aangebracht om op verder te kunnen bouwen. De verbinding tussen paal en vloer of balk moet uiteraard bijzonder goed worden uitgevoerd (paalstekken). In figuur 4.1 zijn schematisch weergegeven: • houten palen (figuur 4.1-1 en 4.1-2); • prefab-betonpalen (figuur 4.1-3 en 4.1-4); • in de grond gevormde betonpalen (figuur 4.1-5).

funderingsbalk

laagste grondwaterstand

vaste zandlaag

1

houten paal

2

houten paal met betonopzetter

4

betonpaal met verzwaarde voet

5

in de grond gevormde paal

3

gladde betonpaal

Figuur 4.1 Verschillende paaltypen, schematisch weergegeven

06950416_h04.indd 66

09-03-2005 12:58:57

4 FUNDERING OP PALEN

Palen kunnen ook ingedeeld worden naar andere criteria, zoals: • wel/niet grondverdringend; • wel/niet trillingsarm respectievelijk trillingsvrij; • wel/niet geluidarm; • benodige werkhoogte. Het in de grond brengen van de palen geschiedt op zeer uiteenlopende manieren, afhankelijk van het paalsysteem. We onderscheiden hierbij: • heien: de paal wordt in de grond geslagen met behulp van bijvoorbeeld een valgewicht (valblok) of een dieselblok; • drukken: korte paalsegmenten worden in de grond gedrukt, waarbij veelal het benodigde tegenwicht wordt ontleend aan de bestaande bebouwing; • trillen: met behulp van een vibrator met een groot eigen gewicht wordt de paal op diepte getrild; F

F

draagkrachtige laag (zand)

stuitpaal

Figuur 4.2 Draagkracht van palen door kleef en door stuit

06950416_h04.indd 67

•

schroefboren: met behulp van een zogenaamde avegaar (spiraalboor) wordt op diepte geboord, waarna door de holle as van de boor betonmortel wordt ingeperst, terwijl de boor wordt getrokken; • boren: een geboord gat, vaak van zeer grote diameter, wordt tijdelijk gevuld met een steunvloeistof, die later vervangen wordt door betonmortel. De palen, hoe ze ook in de grond gebracht worden, kunnen hun draagkracht op twee manieren verwerven, figuur 4.2: 1 wanneer de paalpunt de vaste laag niet bereikt; de palen staan dan op kleef; 2 wanneer de paal de vaste laag wel bereikt; de palen staan dan op stuit. Evenals bij een fundering op staal kunnen we bij een fundering op palen onderscheid maken tussen de bezwijkdraagkracht en de vormveranderingsdraagkracht. Bij stuitpalen is voor een enkele paal de bezwijkdraagkracht maatgevend. Deze draagkracht wordt het beste bepaald door een diepsondering. De mantelbuis met conus kunnen we daarbij beschouwen als een proefpaal met kleine diameter. De vormveranderingsdraagkracht speelt voor een enkele stuitpaal geen rol. De zandmassa onder de punt is weinig samendrukbaar en de spreiding van de last in de ondergrond vindt voor de enkele paal ongehinderd en snel plaats. Voor een paalgroep van stuitpalen wordt in het algemeen per paal dezelfde belasting toegelaten als voor de enkele paal, zoals deze op grond van de uitkomsten van de diepsondering(en) is vastgesteld. De zetting is voor een paalgroep aanzienlijk groter dan voor een enkele paal, omdat het spreidingsgebied van elke paal van de groep in ongunstige zin wordt beïnvloed door de nevenpalen. Daardoor wordt een dikkere zone in het draagproces betrokken, figuur 4.3.

samendrukbare laag (klei)

kleefpaal

67

Zijn de afmetingen van de paalgroep aanzienlijk, dan is het zelfs mogelijk dat de dikte van de bedoelde zone zo groot wordt, dat deze reikt tot onder de draagkrachtige zandlaag waarin de palen zijn geheid.

09-03-2005 12:58:58

68

F

F

zand

zand

spanningsspreiding

spanningsspreiding klei (samendrukbaar)

1

enkele paal

klei (samendrukbaar)

2

paalgroep

Figuur 4.3 Draagkracht van palen; spanningsspreiding aan de punt

Bevindt zich onder deze zandlaag een samendrukbare grondlaag, dan moet uiteraard een grondig onderzoek worden ingesteld naar de vormveranderingsdraagkracht. Hierbij dient ten minste een laagdikte gelijk aan tweemaal de breedte van de paalgroep in beschouwing te worden genomen.

opgebrachte grond

veen- of kleilagen

Bij een zeer hoog gebouw, waarbij sprake is van een geconcentreerde paalplaatsing, komt dit overeen met een laagdikte ter grootte van tweemaal de breedte van het gebouw. Zoals we reeds hiervoor hebben besproken, kan een paal zijn draagkracht ontlenen aan kleef. Deze kleef noemen we positieve kleef. Het is ook mogelijk dat een paal die op stuit is geheid, een extra belasting krijgt als de boven de draagkrachtige laag gelegen slappe lagen worden belast door bijvoorbeeld een opgespoten zandpakket. De slappe lagen ondergaan nu een zetting en gaan aan de paal ‘hangen’ en geven een extra paalbelasting. Het opgespoten zandpakket en de slappe lagen vormen samen een extra belasting, die zeer aanzienlijk kan zijn. Dit noemen we negatieve kleef, figuur 4.4.

06950416_h04.indd 68

negatieve kleef ten gevolge van inklinkende grondlagen

positieve kleef

puntweerstand

Figuur 4.4 Negatieve en positieve kleef

Ook een grondwaterstandverlaging veroorzaakt vaak zettingen (de grond wordt immers zwaarder) en dus negatieve kleef op bestaande palen, zie subparagraaf 6.3.2.

09-03-2005 12:59:00

4 FUNDERING OP PALEN

220

4.1 Houten palen

330

4.1.1 Houten palen met gemetselde fundering Hoewel de houten paal met gemetselde fundering niet meer wordt toegepast, is het in verband met renovatie van oude gebouwen noodzakelijk iets van deze vroeger toegepaste funderingsconstructies te weten.

440 schuifhout langshout kesp

houten paal

250

1

400 à 500

250

funderingsdoorsnede

langshout

kesp

schuifhout

2

3

69

De in ons land meest gebruikte methoden van houten paalroosterwerken zijn de zogenaamde Amsterdamse en de Rotterdamse methode. Voor beide methoden geldt dat het aanlegniveau van het metselwerk ruimschoots onder de grondwaterspiegel moet liggen, om het verrotten van de houten paalkoppen en het daaroverheen gelegen houten roosterwerk te voorkomen. Vanwege kwaliteit, vorm en afmetingen werd Europees naaldhout toegepast. De Amsterdamse methode, die in Amsterdam en van daaruit in geheel Noord-Holland de geijkte constructie werd, is afgebeeld in figuur 4.5. De palen werden zodanig ingeheid, dat de vrije ruimte tussen de beide palen van een paaljuk niet minder werd dan ongeveer 200 mm. Daardoor bedroeg de hart-op-hartafstand van de palen ongeveer 400 mm en bij dikkere palen meestal 500 mm. Bij een smallere aanleg van een muur werden de kespen niet haaks, maar schuin op de muurrichting gelegd, om een gunstiger belasting van de kespen te bereiken, figuur 4.5-3.

paalroosterwerk

paalrooster bij een smalle aanleg van de muur

Figuur 4.5 Amsterdamse paalfundering

06950416_h04.indd 69

Bij het funderen op twee rijen palen, zoals bij de Amsterdamse methode, werd alleen bij hoge en zware gebouwen de draagkracht van de palen benut. Omdat bij normale stuit op een houten paal ongeveer 80 kN mag worden toegelaten, zou deze belasting van 160 kN per paaljuk bij een paalafstand van 1,2 m pas worden bereikt als de muur 133 kN/m (160 : 1,2) zou wegen. Bij muren met een belasting van de helft of minder zou dus met één rij palen kunnen worden volstaan. In de meeste woonhuizen komen niet zulke hoge muurbelastingen voor. Daarom wordt in Rotterdam de voorkeur gegeven aan een fundering met één paal (Rotterdamse methode).

09-03-2005 12:59:02

70

110

220

220

330

schuifhout 50 x 70

schuifhout 80 x 60

schuifhout 80 x 60

langshout 280 x 150

langshout 330 x 150

langshout 330 x 150

paalkop

1

fundering halfsteensmuur

2

fundering steensmuur

3

fundering anderhalfsteensmuur

Figuur 4.6 Rotterdamse paalfundering

In figuur 4.6 zijn de doorsneden voor dit type aangegeven voor een halfsteens-, een éénsteensen een anderhalfsteensmuur. Er waren dus geen kespen. Wel was er het schuifhout, dat hier niet meer is dan een schuiflat met spijkers op de plaat bevestigd. De Rotterdamse fundering had veel voordelen boven de Amsterdamse, behalve wanneer er zijdelingse krachten optraden. Het is dus te begrijpen dat deze methode ook buiten Rotterdam veel werd toegepast, soms in combinatie met de Amsterdamse methode. Aantasting houten palen Om aantasting te voorkomen, is lange tijd gedacht dat het voldoende was de houten palen geheel beneden de laagste grondwaterspiegel weg te heien. Bepaalde houtsoorten kunnen echter ook dan nog in de loop van de tijd worden aangetast. Daarom is voor onderzoek naar houten palen in opdracht van het ministerie van VROM (Directoraat-Generaal Wonen - directie Strategie) in 2003 een protocol opgesteld om vast te leggen welke informatie bij een funderingsinspectie moet worden verzameld en op welke wijze dat moet plaatsvinden. Het protocol is door de VNG verspreid onder alle gemeenten van Nederland. De kwaliteit van houten palen bepalen we door met een priem in de paal te prikken. In het protocol zijn hiervoor richtlijnen gegeven, om ervoor te zorgen dat iedereen dit

06950416_h04.indd 70

op dezelfde wijze doet. Vervolgens kunnen we de dragende doorsnede van de houten paal berekenen om ten slotte de draagkracht te controleren. 4.1.2 Houten palen met betonopzetter Funderingen op houten palen worden nog steeds toegepast voor lichte bouwwerken, zoals eengezinswoningen, bungalows en opslagloodsen. De toelaatbare paalbelasting varieert van 80–120 kN, afhankelijk van de grondgesteldheid. Belangrijke redenen om nog steeds houten palen toe te passen zijn: • de snelle levertijd; • een lichte heimachine is veelal voldoende om de palen in de grond te brengen.

Bij een vrij lage grondwaterstand moet een belangrijke ontgraving worden uitgevoerd. Het is dan voordeliger een opzetstuk te maken in de vorm van een korte gewapendbetonpaal. Deze plaatsen we op de houten paal, als de laatste zo ver is ingeslagen, dat de kop nog net boven het maaiveld uitsteekt. Daarna worden ze tezamen verder geheid. We spreken dan van een gewapendbetonopzetter of -oplanger. We nemen de lengte van de opzetter zodanig, dat het boveneinde boven het peil van de onderkant van de funderingsbalken uitsteekt. Dit

09-03-2005 12:59:02

4 FUNDERING OP PALEN

stuk hakken we vervolgens af, het koppensnellen, zodat de wapeningsstaven van de opzetter 200 à 250 mm bloot komen en in de betonbalk kunnen worden ingewerkt. In sommige opzetters zijn de staven over deze lengte bovenin haaks omgebogen, zodat we maar weinig hoeven te hakken om de staven ver genoeg vrij te krijgen.

71

Ook kan het voorkomen dat de paal pas voldoende stuit heeft, als het boveneinde van de opzetter al beneden de onderkant van de funderingsbalk is gekomen. We hakken dan toch normaal de opzetter af en storten onderaan de funderingsbalk een betonpoer die de opzetter verlengt. 8 o/ 8 + spiraalwapening o 8

Bij het heien van een houten paal met betonopzetter moeten we bedenken, dat het niet altijd voldoende is de paal te heien tot deze de verlangde stuit heeft bereikt, figuur 4.7-1. Bij een plaatselijk hogere ligging van de vaste laag zou de houten paal boven het grondwater kunnen uitsteken. We moeten in zo’n geval doorheien totdat de bovenkant van de houten paal onder dit niveau staat. In de regel zagen we dan van de volgende palen iets af, omdat langdurig doorheien in de vaste grond kostbaar is en niet zonder gevaar voor zowel de opzetter als de houten paal (stukslaan of pruikheien).

300 50

200

50

spiraalwapening spoed : 60 mm

200

80

spoed : 30 mm

70

stalen bus

o.k. funderingsbalk aanstorting funderingsbalk

goed

ontluchtingsgat

250

laagste grondwaterlijn

230-280

slecht

b

c

a

d lijn van voldoende stuit

Heien met gehakte kop zonder mesband: Kop soms opnieuw zagen en hakken

a = goed b = fout c = fout d = goed

1

het op stuit heien van houten palen

2

Heien met goed ingezaagde kop: Gezaagde kop splijt af in vezelrichting hout Klemkracht alleen door iets overmaat van houtdiameter in de bus

aansluiting betonopzetter op houten palen

Figuur 4.7 Houten palen met betonopzetter

06950416_h04.indd 71

09-03-2005 12:59:04

72

Bij alle systemen voor gewapendbetonopzetters bestaat de opzetter uit een ronde of vierkante betonkolom, voorzien van een langs- en spiraalwapening die aan de onderzijde eindigt in een huis of bus, die om het passend gemaakte boveneinde van de houten paal sluit. Deze verbinding is uiteraard het kwetsbare punt. Bij zijdelingse krachten, in het werk of tijdens het heien, kan de paal hier afbreken. Bij de huidige systemen blijkt dat dit punt niet zwakker is dan de houten paal zelf. Er kan zich een enkele maal lucht bevinden tussen de paalkop en de opzetter, waardoor houtrot kan optreden. Eén of twee ontluchtingsgaten verhelpen dit euvel. Het huis van de betonopzetter wordt gevormd door een stalen buis, die bijna geheel in het beton is ingestort en waar de wapening omheen

Ook kan de houten paal worden geheid met een paalband waarvan de inwendige diameter overeenkomt met die van de stalen buis. Daardoor past, na het verwijderen van de band, de opzetter juist om de gekruinde paal. Bij het verder heien snijdt nu de buis in de paal; zodoende ontstaat hieraan een cilindervormige verdunning die de ruimte in de opzetter geheel opvult. Het hout wordt hierbij zeer vast samengeperst. De opzetters worden in de regel in verschillende afmetingen in voorraad gehouden, in lengte opklimmend met 250 mm. Figuur 4.8 geeft enige informatie over houten palen met betonopzetters.

werkende lengte

Betonopzetters Diameter : 280 Minimale busdikte : 2 Maximale lengte : 3 betonopzetter ontluchtingsgat

bus

totale lengte

D

doorloopt, figuur 4.7-2. In deze figuur is ook aangegeven dat de paalkop op de juiste wijze moet worden ingezaagd om een goede aansluiting tussen betonopzetter en paal te verkrijgen.

310 2 3

350 2 4

mm mm m

Houten palen Omtrek kop : 650 700 750 800 850 mm Omtrek punt : 400 400 400 400 400 mm Maximale lengte : 16 17 23 23 23 m

stalen ring, t = 2 mm

De omtrek van de kop wordt gemeten op 1 m van de bovenkant van de paal.

180 - 230

heien met gehakte kop en mesband

Heiblokken Valblokken

: 250 – 1200 kg

250

Dieselblokken : Delmag D4, zuigergewicht 380 kg : D5 500 kg : D8 800 kg bovenkant houten paal

: Robot 500, zuigergewicht 500 kg : 800 800 kg Bovenkant houten paal ten minste 0,5 m onder de laagste grondwaterstand.

Figuur 4.8 Houten palen met betonopzetters

06950416_h04.indd 72

09-03-2005 12:59:04

4 FUNDERING OP PALEN

4.2 Prefab-betonpalen De gladde prefab-betonpaal is het meest gebruikte paaltype in Nederland. De paalwapening bestaat tegenwoordig meestal uit voorspanstaal, maar ook zachtstaal wordt nog toegepast. In figuur 4.11 is een voorbeeld te zien van een specificatie van een voorgespannen betonnen heipaal. De wapening in de paal dient: • om buigende momenten op te nemen die optreden tijdens transport, hijsen en heien van de paal (transportwapening); • om de trekkrachten (trekgolf) op te nemen die ontstaan tijdens het heien van de paal. Het heiblok veroorzaakt een drukgolf in de paal, die bij bereiken van de paalpunt terugkeert als trekgolf; • om een zekere weerstand te geven tegen loodrecht op de paal gerichte gronddrukken (horizontale paalbelastingen). In de tabel van figuur 4.9 staan de standaardafmetingen van voorgespannen heipalen. Vroeger werden ook palen met een verzwaarde paalpunt (voet) toegepast. Het voordeel van dit type paal was de grote stuitweerstand die kan worden verkregen. Een nadeel was dat alleen positieve kleef wordt ontwikkeld ter plaatse van de verzwaarde paalpunt, figuur 4.10. Daarnaast geeft een verzwaarde paalpunt extra gevaar

Figuur 4.10 Prefab-betonpaal als schakelpaal

06950416_h04.indd 73

73

voor een kwelwaterstroom langs de paalschacht. Tegenwoordig worden daarom nagenoeg alleen nog gladde prefab-palen gebruikt. De schachtafmeting van een gladde prefabbetonpaal wordt onder andere bepaald door: • de draagkracht van de ondergrond. Aan de hand van de resultaten van (een) sondering(en) kan de grondmechanische draagkracht van de paal worden bepaald, zie paragraaf 4.5; • de toelaatbare drukspanning in de schacht. De draagkracht van een paal wordt ook begrensd door de kwaliteit van het materiaal; • de paallengte. Vooral tijdens het heien ontstaat knikgevaar. Een paal mag daarom niet te slank zijn. Veelal wordt als eis gesteld dat de paallengte niet groter mag zijn dan 70 × de diameter van de schacht. SchachtMax. doorsnede lengte in mm in m

Schachtdoorsnede in mm

Max. lengte in m

140 × 140 180 × 180 220 × 220 250 × 250 290 × 290 320 × 320

350 × 350 380 × 380 400 × 400 420 × 420 450 × 450 500 × 500

31 34 36 36 36 36

13 16 20 23 27 29

Figuur 4.9 Standaardafmetingen van voorgespannen heipalen volgens opgave leverancier

Bron: Handboek Funderingen

09-03-2005 12:59:05

420

SLAGSPIRAAL

3 x 70 150

420

A

85 2525 85 50 50

DOORSNEDE

50 50

60

a

60

8

7 x 70

x 70

:

PAAL TYPE 420

OPM.

TO L E R A N T I E S

TEK NR GET.

1

2

5,17 MM/M

53808 N

4,77 N/MM

: :

DD. WIJZ.

M A ATA F W I J K I N G E N B L A D

WERK TE :

: ZIE

VERLENGING PER STRENG :

PER STRENG SPANNEN OP :

'b

BETONDEKKING T.P.V. DE SCHACHT : BEUGELS 35 MM VOORSPANSTAAL 45 MM

BIJ AANSPANNEN f' CK1 = 30 N/MM

4660 4760 4865

23000 23500

A

a 300

2000

TRANSPORT

4555 22500

4450

21500 22000

4350

21000

: NA 28 DAGEN B 52,5

40

M SPECIFICATIE TRANSPORTMERKEN + E PALEN HIJSMERKEN (GROEN) R K AANTAL LENGTE a=c

S L AG S P I R A A L

150

A

BETONKWALITEIT

RELAXATIE NIVEAU 2

2

SPOEDVERDELING

: 17 Ø 9,3 STRENGEN FeP 1860

300

c

SPIRAALWAPENING : Ø 5 FeB 400 HK NL

HOOFDWAPENING

x

LENGTE

n

Figuur 4.11 Voorbeeld van de specificatie van een voorgespannen betonnen paal

MATEN IN MM

50 55

80 2525 80 55 50

SPOEDVERDELING BUITENSPIRAAL

TRANSPORTMERKEN

VOET

60

06950416_h04.indd 74 a

c

300 c

2000

HIJSEN MET 2 TAKELS

KOP

SLAGSPIRAAL 3 EXTRA WINDINGEN

BUITENSPIRAAL 2 EXTRA WINDINGEN

420

1 WINDING EXTRA

74

09-03-2005 12:59:05

4 FUNDERING OP PALEN

Als we te maken hebben met een zeer grote paallengte kunnen zogenaamde schakelpalen uitkomst bieden. Dergelijke palen bestaan uit segmenten die onderling verbonden zijn door een hechte aansluiting die trek- en drukkrachten en een buigend moment kan overbrengen, zie figuur 4.10.

4.3 In de grond gevormde betonpalen Bij in de grond gevormde palen wordt eerst, op een voor de verschillende systemen eigen wijze, een gat in de bodem gemaakt tot in de draagkrachtige lagen. Daarna wordt dit gat eventueel van een wapening voorzien en met beton volgestort. Alle systemen hebben gemeen, dat de paallengte niet van tevoren hoeft te zijn vastgesteld. Voor elke paal kan de onderkant tijdens de uitvoering in het werk worden bepaald, namelijk daar waar de paalpunt voldoende diep in de draagkrachtige laag is geplaatst. Indien uit het grondonderzoek blijkt dat voor een bouwwerk een paalfundering noodzakelijk is waarvan de benodigde paallengten sterk verschillend zijn, komt een fundering van in de grond gevormde palen als de goedkoopste fundering in aanmerking. Behalve de prijs is een ander voordeel van in de grond gevormde palen de zeer grote lengte die met dit paaltype kan worden verwezenlijkt. De normale prefab-paal is door productie en vervoer gebonden aan een maximale lengte van ongeveer 36 m. Bij in de grond gevormde palen zijn grotere lengten mogelijk. Ook kunnen in de grond gevormde palen op kortere termijn geleverd worden dan prefab-betonpalen. De transportwapening, die een belangrijke rol speelt bij prefab-palen, is bij in de grond gevormde palen niet nodig. De aan te brengen wapening dient alleen om de draagkracht van de paal te vergroten. Indien de bodemgesteldheid het toelaat, is het zelfs mogelijk de wapening voor een groot gedeelte weg te laten en ten behoeve van de verbinding met de bovenbouw alleen een korte wapeningskorf aan te brengen.

06950416_h04.indd 75

75

Nadelen van de in de grond gevormde palen kunnen zijn: • de opbouw van de paal in het in de grond gevormde gat is niet tijdens het proces te controleren; • indien de lagen waarin de paal gevormd moet worden zeer slap zijn en dus niet voldoende steundruk geven, is de betonpaal moeilijk tot aan het maaiveld op te bouwen. Daardoor moeten er zeer speciale en kostbare maatregelen worden genomen. Controle op de kwaliteit van de paal is mogelijk door middel van akoestische metingen. De draagkracht kan met behulp van (dynamisch) proefbelasten worden gecontroleerd. Beide werkzaamheden worden door verschillende instituten en adviesbureaus uitgevoerd. Van de vele paalsystemen die in Nederland worden toegepast, bespreken we: 1 de Vibro-paal; 2 de schroefpaal type avegaar. 1 Vibro-palen Bij dit van oorsprong Engelse systeem wordt de paal gemaakt in een dikwandige stalen buis, die later weer wordt opgetrokken. De buis wordt geplaatst op een stalen schoen, die op de juiste plaats op de grond wordt gezet. Omdat er geen grondwater of grond in de buis mag dringen, wordt de aansluiting tussen buis en paalschoen gedicht met een rubberring. De buis wordt nu in de grond geheid, zie figuur 4.12-1. Over het laatste traject wordt de zakking per slag gemeten, om te bepalen of de punt op de juiste diepte is gekomen. Als dit het geval is, wordt de buis eerst gecontroleerd op de eventuele aanwezigheid van grondwater of grond. Enig water is nog wel te accepteren, maar in geen geval grond. Is de buis gecontroleerd, dan kan met de opbouw van de paal worden begonnen. De buis wordt voorzien van wapening en gevuld met beton, figuur 4.12-2. De buis wordt vervolgens getrokken, figuur 4.12-3. Dat kan op twee manieren: • om de buis wordt een mantelvibrator geplaatst. Daarna wordt het geheel trillend getrokken;

09-03-2005 12:59:05

76

trekken + trillen

heimachine explosieblok

vullen

mantelvibrator

stalen buis

A

gevormde paal stalen schoen

rubberen ring

2

aanbrengen wapenkorf en storten beton

3

trekken van de buis

stalen schoen detail A

1

heien van de buis

Figuur 4.12 Principe Vibro-paal

•

indien wordt geheid met een hydraulisch blok, dan is het mogelijk om de slagrichting te keren. Daarna wordt het geheel al heiend getrokken. De maximale omhoog gerichte slagkracht bedraagt circa 10% van de maximale neergaande slagkracht. In beide gevallen is een aanzienlijke trekkracht (tot 400 kN) nodig om de buis uit de grond te krijgen. Het in de buis aanwezige beton komt door het trillen of het heien in vloeibare toestand en vormt de paalschacht gelijktijdig met het omhoogtrekken van de heibuis. Dit gaat door tot aan het maaiveld, al of niet met navulling van beton. Vibro-palen hebben het doordringingsvermogen van een stalen paal en kunnen worden toege-

06950416_h04.indd 76

past als zwaar heiwerk noodzakelijk is. Door de geringe massa van de buis kan met een naar verhouding licht heiblok worden gewerkt, dat een minimum aan trillingen veroorzaakt. De palen worden vervaardigd met behulp van speciale stellingen, waarmee zowel te lood als schoor kan worden geheid. Palen tot 40 m lengte worden met een normale Vibro-buis gemaakt. Voor langere palen wordt gebruikgemaakt van gekoppelde buizen. De diameter van de buizen varieert tussen 300 en 720 mm. Een draagkracht van de paal tot 3000 kN is mogelijk. Vibro-palen hebben een gegolfd oppervlak en sluiten goed aan op de omringende grond. Ze zijn daarom bij uitstek geschikt voor het opnemen van trekkrachten (bijvoorbeeld door opwaartse waterdruk op kelders).

09-03-2005 12:59:07

4 FUNDERING OP PALEN

Door toepassing van een centrale ankerstaaf van hoogwaardig staal is het mogelijk de paal na verharding met een moerverbinding aan de bovenbouw te koppelen en na te spannen. 2 Schroefpalen type avegaar Door grote renovatieprojecten in oude stadskernen ontstond rond de jaren zeventig behoefte aan een trillingsvrij en geluidarm type paal. De normale heisystemen voldeden hier niet goed meer, omdat zij schade aan de belendingen konden veroorzaken. In de oude stadskernen werd vroeger veel op staal gefundeerd. De huidige gebouwen moeten door hun grootte en constructiewijze (grote geconcentreerde belastingen), op een lagere vaste laag op palen worden gefundeerd. Hiervoor zijn trillingsvrije paalsystemen nodig. De schroefpaal type avegaar, die uit de Verenigde Staten afkomstig is, is geschikt gemaakt voor de Nederlandse bodem. De toepassing heeft aanvankelijk een zeer grote vlucht genomen, maar lijkt de laatste jaren weer af te nemen. De werkwijze is als volgt. Met behulp van een boormotor wordt een holle buis, die aan de bui-

77

tenzijde is voorzien van een doorgaande schroefgang (avegaar), de grond ingeboord, figuur 4.13-1. De avegaar is aan de onderzijde van een boorkop voorzien. Deze boorkop kan eventueel aan de grondsoort waarin geboord moet worden, worden aangepast. De holle (stort)buis is aan de onderzijde afgesloten. Wanneer de avegaar bijna op diepte is, wordt deze ongeveer 10 centimeter gelicht, teneinde de afsluiting aan de onderzijde van de stortbuis los te persen met behulp van de betonmortelpomp. Daarna wordt onder de volle morteldruk nog iets dieper gedraaid. Dit laatste is van belang, aangezien door het trekken van de boor de grond kan ontspannen (geroerde grond), wat een verhoogde beginzetting van de paal tot gevolg kan hebben. Door nu onder de morteldruk naar een dieper niveau te draaien dan waar de afsluiting is uitgeperst, wordt de punt van de paal in ongeroerde grond gevormd. De paalschacht wordt nu gevormd door de boor op te trekken en de mortel met behulp van een hogedrukpomp door de holle kern van de boor in het boorgat te persen, figuur 4.13. Tijdens het

holle (stort) buis

1

inboren van de avegaar

2

trekken van de avegaar vullen paalschacht

3

aanbrengen wapening

4

paal gereed

Figuur 4.13 Principe schroefpaal type avegaar

06950416_h04.indd 77

09-03-2005 12:59:09

78

trekken van de boor wordt de druk op de mortel automatisch door een zelfregistrerende schijf gehandhaafd. Hierdoor vult de ruimte onder de boorkop zich met mortel op, zonder dat holle ruimten kunnen ontstaan. Op deze wijze kan de paal tot aan het maaiveld worden opgebouwd, figuur 4.13-2. Tijdens het trekken van de boor, die in de boorrichting blijft doordraaien, wordt de grond die tussen de schroefbladen achterblijft, uitgestoken. In het bovenste gedeelte van de paal (circa 0,5 m) kan zich eventueel invallende grond verzamelen; deze bovenkant is dus ondeugdelijk en dient afgekapt te worden. Nadat de paal is vervaardigd, kan desgewenst een wapeningskorf van beperkte lengte (een grotere lengte komt niet op diepte en is niet centrisch te houden) in de paal worden aangebracht, figuur 4.13-3 en figuur 4.13-4. De schroefpaal type avegaar is bijzonder geschikt voor die gebieden waar de vaste zandlaag zich op wisselende diepte bevindt. De paallengte kan worden aangepast aan de diepte van de vaste laag. Daar waar zwaar heiwerk wordt verwacht, biedt de schroefboorpaal ook uitkomst. Het blijkt namelijk dat het boren door zeer vaste grondsoorten geen enkel probleem oplevert. Als nadeel geldt dat dit paaltype erg gevoelig is voor de uitvoeringswijze. Als de avegaar te snel wordt getrokken, kan een onregelmatige en mogelijk zelfs te kleine paaldiameter ontstaan. Ook is het paaltype moeilijk toepasbaar als slappe bovenlagen aanwezig zijn. Deze geven onvoldoende zijdelingse steun waardoor de verse betonmortel kan uitzakken. Daarnaast kan de afvoer van de grond die bij het trekken van de avegaar vrijkomt, een extra kostenpost zijn, mede vanwege strenge milieueisen. Afhankelijk van de benodigde draagkracht van de paal en de draagkracht van de ondergrond wordt de diameter van de boor aangepast. De meest gebruikte schachtdiameters zijn 250, 260, 450 en 600 mm, met draagvermogens van 300 kN tot en met 2000 kN. Controle op het gerede product kan geschieden door ultrasone testen en een eventuele (dynamische) proefbelasting.

06950416_h04.indd 78

4.3.1 Keuzecriteria Bij de keuze van het paaltype spelen vele criteria een rol. De belangrijkste zijn: • kosten; we kiezen altijd het goedkoopste paaltype, mits aan alle overige voorwaarden wordt voldaan; • levertijd; prefab-betonpalen moeten voldoende verhard zijn voordat ze geheid kunnen worden; • trilling- en geluidhinder; ingeheide of ingetrilde paalsystemen zoals prefab-betonpalen en Vibro-palen geven in bebouwde omgeving veel trilling- en geluidhinder; • invloed op belendingen; naast trillingsinvloed, moet ook gekeken worden naar de vervorming van een belending; zowel te veel grondontspanning (bij grondverwijderende palen) als te veel grondopspanning (bij grondverdringende palen) zijn ontoelaatbaar; • afvoer van grond; bij sommige paaltypen komt grond vrij die meestal van het bouwterrein moet worden afgevoerd; • grondmechanische draagkracht; bij een grondverdringende installatiemethode is de grondmechanische draagkracht hoger dan bij een grondverwijderende methode; dit betekent in grote lijnen dat minder materiaal (beton) nodig is voor grondverdringende palen; • ook voor de stijfheid van de paalfundering: grondverdringende palen gedragen zich stijver; • bereikbaarheid bouwplaats; de moeilijke bereikbaarheid van de bouwplaats, bijvoorbeeld in de binnenstad, kan een reden zijn geen prefab-betonpalen toe te passen; • paallengte en variabiliteit van de ondergrond; een grote paallengte of een sterk wissellende diepte van de draagkrachtige laag kan een reden zijn om te kiezen voor in de grond gevormde palen; • slappe bovenlagen; in slappe bovenlagen kan de nog niet verharde betonmortel gemakkelijk zijdelings indringen, waardoor de paalschacht uit kan zakken; dit is vooral voor schroefpalen type avegaar een beperking.

Daarnaast kunnen andere factoren een rol spelen, zoals beschikbare werkruimte en bijzondere belastingen. Deze komen in de volgende paragraaf aan de orde.

09-03-2005 12:59:09

4 FUNDERING OP PALEN

79

bestaande bouwmuur paalwapening

nieuwe betonvloer inkassen in bestaande bouwmuur

segmentpaal bestaande fundering

200

500 schaal 1 : 20

Figuur 4.14 Nieuwe paalfundering bij renovatie

4.4 Speciale palen Naast de hiervóór besproken paalsystemen is een groot aantal speciale systemen op de markt, die we als volgt kunnen indelen: • palen in beperkte werkruimte, bijvoorbeeld in een bestaand gebouw of onder een hoogspanningsleiding; deze palen worden ook wel aangeduid met de term renovatiepalen; • palen met bijzondere belastingen, zoals een trekbelasting of een horizontale belasting. Genoemde indeling is niet strikt. Sommige paaltypen kunnen in beide categorieën ingedeeld worden. Voortdurend komen nieuwe of verbeterde paaltypen op de markt om te voldoen aan de gestelde eisen. Vooral bij toepassing in stedelijk gebied zijn vaakgestelde eisen: hoge draagkracht en weinig hinder voor de omgeving.

06950416_h04.indd 79

Trillingsarme of trillingsvrije, grondverdringende paalsystemen scoren hierbij goed. Een nadeel van deze paaltypen is de vaak wat hogere prijs. De laatste jaren worden steeds vaker diepe parkeerkelders aangelegd. Om de opwaartse waterdruk te weerstaan, zijn vaak trekpalen benodigd. Dit heeft geleid tot een verdere ontwikkeling van speciaal voor dit doel geschikte paaltypen. Hierna worden enkele paaltypen nader beschreven. Voor een compleet overzicht van alle in Nederland gangbare paaltypen wordt verwezen naar het Handboek Funderingen (SBR). Bij renovatiewerkzaamheden kan het voorkomen dat onder het bestaande gebouw een nieuwe paalfundering moet worden aangebracht. Een

09-03-2005 12:59:09

80

mogelijke oplossing is het aanbrengen van segmentpalen, met eroverheen een betonvloer. De betonvloer wordt ingekast in de bestaande bouwmuren (inkassingen, breed circa 500 mm, h.o.h. circa 1 m), figuur 4.14. Het te kiezen paalsysteem moet voldoen aan de volgende criteria: 1 beperkte werkhoogte; 2 trillingsarm; 3 grondverdringend; 4 economisch haalbaar. 1 Beperkte werkhoogte Veelal moeten de nieuwe palen binnen in het gebouw worden aangebracht, waardoor de beschikbare werkhoogte beperkt is. Dit leidt tot systemen waarbij een paalsegment van 1 à 2 m in de grond wordt gebracht, waarna een volgend segment wordt aangekoppeld.

Bij stalen palen geschiedt dit koppelen meestal door elektrisch lassen of met een speciale schroefdraadverbinding, figuur 4.15. 2 Trillingsarm Teneinde beschadigingen aan het te renoveren gebouw en de belendingen te voorkomen, dient een trillingsarm paalsysteem te worden gekozen. Hiervoor komen systemen in aanmerking waarbij de paal wordt ingeheid met behulp van een lichte snelslaghamer (trillingsarm), of waarbij de paal in de grond wordt geschroefd (trillingsvrij). Bij twijfel omtrent de schadelijkheid van trillingen op de bestaande bebouwing kunnen meetpunten worden aangebracht op gevels en bouwmuren. Door het meten van de maximale versnelling en de frequentie van de trillingen kan, aan de hand van door Stichting Bouwresearch (SBR) en TNOBouw ontwikkelde grafieken, worden vastgesteld of de kans op scheurvorming aanwezig is.

hoeklas hoeklas hoeklas

1

2

getrompt

met band

hoeklas V- las

schroefdraad

3

V-naad (las)

4

schroefkoppeling

Figuur 4.15 Koppeling voor stalen buispalen

06950416_h04.indd 80

09-03-2005 12:59:10

4 FUNDERING OP PALEN

3 Grondverdringend Tijdens het aanbrengen van de renovatiepalen mag, in verband met de kans op zetting van de reeds aanwezige palen, geen grondontspanning plaatsvinden. Pulsen of het werken met een continue avegaar zijn in dat geval uitgesloten. Het te kiezen paalsysteem dient te behoren tot de categorie grondverdringende palen.

De in ons land meest toegepaste segmentpalen met grondverdringing zijn: • geheide stalen buispalen; • geschroefde stalen buispalen; • injectiepalen. 4.4.1 Geheide stalen buispalen Bij het indrijven van stalen buispalen kan gebruik worden gemaakt van een valblok dat, afhankelijk van de grondmechanische gegevens en de werkomstandigheden, in of op de paal valt, figuur 4.16.

4 Economisch haalbaar Meestal bestaat een duidelijk verband tussen de kosten en de baten van een renovatie. De beoogde levensduur en de veiligheidsklasse spelen hierin een belangrijke rol. Op grond van een kosten/batenanalyse kan een selectie worden gemaakt uit de beschikbare paalsystemen. Nadrukkelijk dient te worden gesteld dat dit niet inhoudt dat we het goedkoopste systeem moeten kiezen. Er dient gekeken te worden naar de prijs/prestatieverhouding. Daarbij is het van groot belang om vooraf de minimaal vereiste prestatie (draagkracht, zetting, levensduur enzovoort) vast te stellen.

1

op de buis geheid

2

in de buis geheid

81

De stalen buissegmenten, 1 à 2 m lang, afhankelijk van de beschikbare werkhoogte, worden gekoppeld zoals afgebeeld in figuur 4.15. Is de paal op de gewenste diepte gebracht, dan wordt de stalen buis gevuld met beton en voorzien van een kopwapening, figuur 4.17. Beschikbare buisdiameters: oplopend van 168 mm tot 600 mm. Toelaatbare draagkracht van de palen: oplopend vanaf 150 kN.

3

vullen met beton en voorzien van topwapening

4

paal gereed

Figuur 4.16 Aanbrengen van een geheide stalen buispaal

06950416_h04.indd 81

09-03-2005 12:59:11

82

eerste buissegment in boortafel en in positie brengen van de boortafel

lengte wapening

wapening FeB500 HWL

aanlassen van de boorpunt aan het eerste buissegment

stalen buis Fe 360

beton kwaliteit B 25 combinatie van boren en drukken

betonprop

Figuur 4.17 Stalen buispaal

4.4.2 Geschroefde stalen buispalen Een voorbeeld van een geschroefde stalen buispaal is de Tubex-paal, die geheel in Nederland is ontwikkeld. De Tubex-paal is een in de grond gevormde geschroefde paal, waarbij de stalen boorbuis als blijvende paalmantel fungeert. De boorbuis is voorzien van een vastgelaste boorpunt met een grote diameter. De boorbuis wordt in een boortafel geklemd en door een combinatie van gelijktijdig drukken en schroeven op diepte gebracht. Afhankelijk van de beschikbare werkhoogte, kan de boorbuis worden verlengd door het oplassen van nieuwe paalsegmenten, figuur 4.18.

vastlassen van een volgend buissegment etc.

aanbrengen van wapening en storten van beton

Nadat de paal op diepte is geplaatst, wordt de overlengte van de stalen buis afgebrand. Ten slotte wordt de boorbuis gevuld met beton en worden, voor de vereiste verbinding met de fundering, stekeinden aangebracht. Indien gewenst kan een nog stijver en sterker paalsysteem worden verkregen door het toepassen van de Tubex-paal met groutinjectie (grout is een mengsel van cement en water). Hierbij

06950416_h04.indd 82

Figuur 4.18 Aanbrengen van een Tubex-paal

09-03-2005 12:59:13

4 FUNDERING OP PALEN

wordt tijdens het schroeven van de paal de grond ter plaatse van de draagkrachtige laag geïnjecteerd met grout, figuur 4.19. Het grout vormt samen met de grond een steenachtige mantel om de boorbuis ter grootte van de diameter van de boorpunt.

wapening

stalen buis, 355,6 x 8

Ø 560

83

4.4.3 Injectiepalen Bij een injectiepaal wordt gestreefd naar kostenbeperking door middel van een relatief hoge inbrengsnelheid. Een injectiepaal is een stalen buispaal die omhuld en gevuld is met verharde cementgrout. Bij het installeren wordt de grond verdrongen, hetgeen een gunstige invloed heeft op de draagkracht van de paal.

Het op diepte brengen van de stalen buis geschiedt door schroeven en/of heien met een snelslaghamer, onder gelijktijdig injecteren van cementgrout. Tijdens het installeren fungeert dit cementgrout als smeermiddel, waardoor de te overwinnen weerstand tijdelijk wordt gereduceerd. Na verharding levert het cementgrout een bijdrage aan de sterkte en de stijfheid van de paal, draagt een gedeelte van de kracht over naar de grond en beschermt de stalen buis tegen corrosie.

groutinjectie

boorpunt

Figuur 4.19 Tubex-paal met groutinjectie

Het injecteren geschiedt door een leiding in de boorbuis, die is verbonden met een opening in de boorpunt. De verdere afwerking, zoals het vullen van de boorbuis met beton, komt overeen met de normale Tubex-paal. Bij gebruik van een speciale boorpunt is het zelfs mogelijk om door in de grond aanwezige obstakels, zoals beton en metselwerk, heen te boren. Standaard diameters van de boorbuizen zijn 220 à 460 mm, met een diameter van de boorpunt van respectievelijk 300 à 670 mm. Afhankelijk van de bodemgesteldheid zijn paalbelastingen mogelijk van 200 tot 2300 kN. Tubex-palen zijn onder andere toegepast bij de renovatie van het Concertgebouw te Amsterdam.

06950416_h04.indd 83

We onderscheiden de volgende soorten injectiepalen, figuur 4.20: 1 de gekoppelde injectiepaal, diameter circa 150 mm, die zijn draagkracht (max. 350 kN) hoofdzakelijk ontleent aan positieve kleef; 2 de schroefinjectiepaal, die voorzien is van een schroefblad (diameter 300 tot 550 mm) en die zijn draagkracht (maximaal 1200 kN) hoofdzakelijk ontleent aan puntweerstand. Door de manier van aanbrengen is de schachtdiameter van de gekoppelde injectiepaal ongeveer gelijk aan de diameter van de paalschoen, zie figuur 4.20-1. Bij de geschroefde systemen is de zaak wat gecompliceerder. In slappe lagen is de penetratiesnelheid groot, waardoor om de stalen buis een groutschil ontstaat ter dikte van 15 tot 40 mm, figuur 4.20-2 en 4.20-3. In draagkrachtige zandlagen neemt de penetratiesnelheid sterk af. Hier wordt het zand laagje voor laagje afgeschraapt en intensief vermengd met een overmaat aan cementgrout. Daardoor wordt de paaldiameter ongeveer gelijk aan die van het schroefblad.

09-03-2005 12:59:14

84

Ø 200 mm

Ø 150 mm

zandlaag stalen buis

stalen buis

schil van cementgrout

schil van cementgrout

kern van cementgrout

kern van cementgrout

schroefblad

1

gekoppelde injectiepaal

2

schroefinjectiepaal

Figuur 4.20 Principe van injectiepalen

4.5 Berekening van de draagkracht Voor het bepalen van de draagkracht van een fundering op palen moeten we kijken naar dezelfde grenstoestanden als die voor een fundering op staal: 1 de uiterste grenstoestand: • grondmechanische; • constructieve; 2 de bruikbaarheidsgrenstoestand. We noemen de grondmechanische grenstoestand ook wel de bezwijkdraagkracht. Hierbij ontstaan schuifvlakken in de grond ter plaatse van de paalpunt. De constructieve grenstoestand betreft het bezwijken van constructieonderdelen (balken, kolommen enzovoort), bijvoorbeeld door ongelijke zettingen van paalgroepen. De bruikbaarheidsgrenstoestand (2) komt overeen met criteria voor normaal gebruik, bijvoorbeeld een scheefstand van het bouwwerk, waardoor het niet meer voldoet aan zijn gebruiksfunctie. De rekenwaarden van de belastingen uit de bovenbouw en uit de fundering mogen niet groter zijn dan de rekenwaarden van de draagkracht (sterkte) en de vervorming (stijfheid) van de paalfundering. Onder rekenwaarden verstaan we hierbij de, bij de toetsing van de fundering

06950416_h04.indd 84

aan de grenstoestanden, aan te houden waarden voor de belastingen en de weerstand van de grond. De rekenwaarden voor de belastingen verkrijgen we door de representatieve waarden van de belastingen te vermenigvuldigen met een belastingsfactor (zie hiervoor NEN 6702; TGB-1990, Belastingen en vervormingen). De rekenwaarden voor de bezwijkdraagkracht en de vormveranderingsdraagkracht van een paal verkrijgen we door de berekende waarden (stuit en positieve kleef) te delen door een materiaalfactor, zie de tabel van figuur 4.21. In dit hoofdstuk beschouwen we alleen de draagkracht op druk. Voor een nadere beschrijving wordt verwezen naar NEN 6740 en NEN 6743. Uiterste grenstoestand • met sonderingen: • zonder sonderingen: – met slagdiagram: – zonder slagdiagram:

1,25 1,40 1,80

Bruikbaarheidsgrenstoestand γm = 1,0 (met of zonder sonderingen) Figuur 4.21 Materiaalfactoren

09-03-2005 12:59:14

4 FUNDERING OP PALEN

4.5.1 Negatieve kleef Onder invloed van een (zand)ophoging kunnen slappe lagen (klei, veen) inklinken. Door deze terreinzakking oefenen de slappe grondlagen boven de draagkrachtige laag wrijving uit op de schacht van de palen. Deze zogenaamde negatieve kleef moeten we als een permanente belasting op de paal in rekening brengen. Het berekenen van de grootte van de negatieve kleef is zeer complex. Van invloed zijn onder andere: • de bovenbelasting; • de samendrukking van de grond; • de zakking van de paal; • de wrijving tussen grond en paalschacht; • de weerstand van de draagkrachtige laag.

Er zijn vele rekenmethoden, die vaak sterk plaatsgebonden zijn. De aspecten van negatieve kleef zijn zo gevarieerd, dat het zeer moeilijk is om een universele rekenmethode te ontwikkelen. Een veilige methode is de zogenaamde slipmethode. Bij deze methode wordt de hoogst mogelijke waarde van de negatieve kleef vastgesteld door sommatie van de maximale waarden van de wrijvingsweerstand over dat deel van de paalschacht, dat zich bevindt boven de laag waarin de paalpunt is geplaatst. Voor een gladde prefab-betonpaal mag worden gerekend op een paalbelasting door negatieve kleef van:

85

gemaakt. Bij een dergelijke berekening kan de grootte van de negatieve kleef beduidend lager uitvallen. Daar staat tegenover dat, als gerekend wordt met interactie, een grotere partiële factor en dus een hogere rekenwaarde van de negatieve kleef van toepassing is. 4.5.2 Schachtweerstand De schachtweerstand wordt ontleend aan positieve kleef. De berekening van de positieve kleef moet zijn gebaseerd op de conusweerstanden en/of plaatselijke wrijvingsweerstanden over het traject waarover de paalschacht zich in de draagkrachtige laag bevindt. De waarde van de gemiddelde wrijvingsweerstand wordt uitgedrukt in een percentage van de gemiddelde conusweerstand, zie de tabel van figuur 4.22. Tapse houten paal Gladde prefab betonpaal Stalen buispaal met gesloten punt Schroefboorpaal Pulspaal

1,2% 1,0% 1,0% 0,6% 0,5%

De bovenstaande waarden gelden voor alleenstaande palen in fijn tot matig zand. Figuur 4.22 Wrijvingsweerstand op palen als percentage van de gemiddelde conusweerstand

De formule voor de schachtweerstand luidt: Fs;nk;d = γf ∙ 0,25 ∙ σ’v ∙ Aschacht waarin: Fs;nk;d = rekenwaarde van de belasting door negatieve kleef γf = belastingsfactor. Daarvoor mogen we 1,0 nemen wanneer we de volledige belasting door de slappe lagen boven het paalpuntniveau in rekening brengen σ’v = verticale korrelspanning van de grond; Aschacht = schachtoppervlak van de paal dat onderhevig is aan negatieve kleef

Fr;schacht = Op ∙ Σ αs ∙ qc ∙ ΔZ waarin: Fr;schacht = schachtweerstand; Op = omtrek van de paal in de draagkrachtige laag αs = schachtwrijvingsfactor, die afhankelijk is van het paaltype, zie de tabel in figuur 4.22 qc = conusweerstand in de betreffende laag; ΔZ = dikte van de betreffende laag

Een meer realistische berekening, waarbij de interactie van de beweging van de paal en van de grond in rekening wordt gebracht, kan door een grondmechanisch adviesbureau worden

06950416_h04.indd 85

09-03-2005 12:59:15

86

Berekeningsblad De trajecten AB en BD geven hogere gemiddelde conuswaarden dan AC en CD. We moeten dus uitgaan van de laatst genoemde trajecten.

D

E

8D

basisniveau

D

Gemiddelde bezwijkspanning onder de paalpunt: I + II 2

A

C

Gemiddelde conusweerstanden: traject AC = I traject CD = II traject DE = III

4D

diepte [m]

B

conusweerstand [MN/m2]

Gemiddelde bezwijkspanning onder en boven de paalpunt: III Gemiddelde bezwijkspanning onder en boven de paalpunt:               I + II + III         2 Pr; punt = [MN/m2]     2       Voor de maximale paalpuntweerstand Pr; punt in fijn tot grof zand moeten we een limietwaarde aanhouden van 15 MN/m2. Voor grindhoudend zand geldt hiervoor een lagere waarde.

Figuur 4.23  4D–8D-methode

4.5.3  Puntweerstand De berekening van de draagkracht van de paalpunt moet geschieden op grond van een sondering, figuur 4.23. De berekeningsmethode verloopt als volgt: 1  Bepaal de gemiddelde conusweerstand  I  over het traject vanaf het gekozen paalvoetniveau tot 0,7 à 4 D beneden dit niveau, figuur 4.23. Hierbij is D de diameter van de paalpunt bij ronde palen of de equivalente diameter (1,13 √A) bij palen met een afwijkende doorsnede. De waarde 0,7 à 4 D moet zodanig worden gekozen dat de laagste bezwijkweerstand voor de paalpunt wordt gevonden. 2  Neem de minimum conusweerstand  II  over het onder punt 1 genoemde traject. 3  Bepaal de gemiddelde waarde van  I  en  II.

06950416_h04.indd 86

4  Bepaal de gemiddelde waarde  III  van de conusweerstand van de afgesnoten sondeergrafiek tot 8D boven de paalpunt, zie de streeplijn in figuur 4.23. Het afsnuiten dient te geschieden van beneden naar boven, te beginnen bij de waarde  II, waarbij de opeenvolgende waarden steeds lager zijn dan of gelijk zijn aan de voorafgaande waarden. De maximale weerstand van de paalpunt wordt dan gevonden uit:

   

  I+I

+ III       I2 pr, punt = [MN/m2] 2

27-12-2005 10:06:30

4 FUNDERING OP PALEN

6 Vermenigvuldig de aldus verkregen bezwijkspanning met het oppervlak van de paalpunt, teneinde de representatieve waarde van de grenspuntweerstand te vinden. De formule voor de puntweerstand luidt: Fr;punt = Apunt ∙ αp ∙ pr;punt waarin: Fr;punt = puntweerstand Apunt = paalpuntoppervlak αp = paalklassefactor, die afhankelijk is van het paaltype, zie de tabel van figuur 4.24 Voor prefab-betonpalen is de paalklassefactor αp gelijk aan 1,0. Voor andere paaltypen dient een correctie op de grensstuitkracht te worden toegepast, zie de tabel van figuur 4.24. Houten palen Stalen buispalen Schroefpaal type avegaar Pulspaal

1,2 1,0 0,6 0,5

Figuur 4.24 Paalklassefactoren αp op de grensstuitkracht

87

Voor Fr;d geldt: Fr;d =

0,75 ∙ (Fr;punt + Fr;schacht) γm

Het getal 0,75 in voorgaande formule stelt de factor ξ voor. Deze factor heeft een dubbele functie. We brengen ermee in rekening: • de capaciteit van een gebouw om krachten over te dragen van een punt met een ‘zwak’ funderingselement naar punten met een ‘sterk’ funderingselement; • de betere kennis die we van de grond hebben als we meer sonderingen uitvoeren. De waarde van ξ varieert tussen 0,75 en 0,92. het gebouw en hoe meer sonderingen, des te hoger is ξ. Voor de materiaalfactor mag γm = 1,25 worden aangehouden, indien voldoende sonderingen op de bouwplaats zijn gemaakt; er dienen ten minste twee sonderingen te worden gemaakt, waarbij de gemiddelde afstand tussen de sonderingen ten hoogste 25 m is, en er per sondering 2 een oppervlakte van ten hoogste 25 × 25 m mag worden bestreken.

van verschillende soorten palen

Ook op palen met een verbrede paalvoet moet een reductie worden toegepast, die afhankelijk is van de vorm van de voet (zie NEN 6743). Hier voor gebruiken we de factor β, die een waarde heeft tussen 0,7 en 1,0. Ten slotte geven we in paragraaf 4.5.4 een voorbeeld van een paalberekening voor een geheide gladde prefab-betonpaal, figuur 4.25. 4.5.4 Toetsing van de draagkracht De rekenwaarde van de belastingen in de uiterste grenstoestand mogen niet hoger zijn dan de bezwijkdraagkracht van de paal, verminderd met de belasting door de negatieve kleef:

Fs;d < Fr;d – Fs;nk;d waarin: Fs;d = rekenwaarde van de paalbelasting Fr;d = rekenwaarde van de bezwijkdraagkracht van de paal

06950416_h04.indd 87

Indien bij lichte bouwwerken (Geotechnische Categorie 1, volgens NEN 6740) uitgegaan wordt van sonderingen uit de directe omgeving (ten minste twee sonderingen ter weerszijden van de bouwplaats met een maximale afstand ten opzichte van de bouwplaats van 50 m), dan dient er een grotere materiaalfactor in rekening te worden gebracht, zie de tabel van figuur 4.21: γm = 1,40; heien met slagdiagram; γm = 1,80; heien zonder slagdiagram. 4.5.5 Verticale zakking van palen Voor het berekenen van de verticale zakking van een alleenstaande paal gaan we meestal uit van op ervaring gebaseerde gegevens. De zakking blijkt te kunnen worden uitgedrukt als een percentage van de paaldiameter, afhankelijk van de verhouding van de paalbelasting inclusief negatieve kleef (Fs;tot;d), en de bezwijkdraagkracht van de paal (Fr;punt + Fr;schacht), figuur 4.26.

09-03-2005 12:59:16

88

De grootte van de paalbelasting (Fs;tot;d) kunnen we voor de bruikbaarheidsgrenstoestand globaal stellen op maximaal 50% van de bezwijkdraagkracht. We kunnen in figuur 4.26 de verticale paalzakking aflezen, uitgedrukt in procenten van de equivalente paaldiameter. Hierbij komt nog de elastische verkorting van de paal zelf. Als vuistregel wordt ook wel gerekend met een totale zakking van het boveneinde van de paal ter grootte van tweemaal de elastische samendrukking van de paal.

Uit figuur 4.26 kun je tevens aflezen dat schroefpalen en boorpalen een aanzienlijk slapper gedrag vertonen dan grondverdringende palen, zoals heipalen. Voor dit paaltype wordt ook wel de vuistregel gehanteerd dat 1 mm paalkopzakking optreedt per 100 kN paalbelasting. Voor paalgroepen is de zakking per definitie groter dan voor een enkele paal, omdat bij paalgroepen rekening moet worden gehouden met samendrukking van de grond tot een grotere diepte. Als daarin ook nog samendrukbare lagen

Berekeningsblad 2

0 zand

γ = 20 kN/m3

46

8

10

1,5 2,5

G.W.S 8

5 geheide prefabbetonpaal 400 (D eq = 450 mm) veen

γ = 20 kN/m3 10

8 15

8D = 3600 19 20

4D = 1800

zand

γ = 20 kN/m3

11

13

15

25

z [m] conusweerstand q c [MN/m2]

06950416_h04.indd 88

09-03-2005 12:59:16

4 FUNDERING OP PALEN

89

Stuit 13 + 11 +8 2 Pr; punt = = 10 MN/m2 2 Fr; punt = 10 · 103 × 0,4 × 0,4 = 1600 kN Positieve kleef Fr; schacht = 0,01 · qc;gem × Aschacht = 0,01 × 10 · 103 × 4 × 1,6 = 640 kN

σ v' [kN/m2] 1,5 2,5

30

Negatieve kleef Fs; nk = 0,25 · σv’ · Aschacht = 0,25(15 × 1,5 + 35 × 1,0 + 52 × 12) × 1,6 = 274 kN

40

Fs; nk;d = 1,0 × 274 = 274 kN Rekenwaarde voor de bezwijkbelasting van de paal Fr;d =

0,75∙Fr;punt + Fr;schacht∙

1,25 af: negatieve kleef Fs;nk;d

=

0,75[1600 + 640] 1,25

= 1344 kN =

274 kN

Fs;d ≤ 1070 kN

64

z [m]

14,5

Verloop van de verticale korrelspanning in de slappe lagen

–

Bruikbaarheidsgrenstoestand Stel dat de paalbelasting voor de bruikbaarheidsgrenstoestand, inclusief negatieve kleef, 800 kN bedraagt: 800 × 19 F·I (γf = 1,0): Wel;d = = = 0,005 m E · A 20,106 × 0,16 We stellen de totale zakking van de paal op ongeveer twee maal de elastische zakking: Wtot ≈ 2 × 5 = 10 mm.

Volgens NEN 6743 hoeft, voor de berekening van de uiterste grenstoestand IA, de negatieve kleef niet in rekening te worden gebracht. Echter bij grenstoestand IB moet wel worden

gerekend met de negatieve kleef. Voor de globale dimensionering van een geheide gladde prefab-betonpaal is de voorgestelde berekeningswijze voldoende nauwkeurig.

Figuur 4.25 Berekening van de bezwijkdraagkracht van een gladde prefab-betonpaal

06950416_h04.indd 89

09-03-2005 12:59:17

90

[%]

50

0

[ %]

s;d r;d

100

heipalen

meting van de paalgroep, in combinatie met een 2, de logaritmische samendrukkingswet van Terzaghi). Raadpleeg de literatuur voor een exactere berekening.

D eq

W punt ; d

F F

5

10

geschroefde palen

boorpalen

15

Figuur 4.26 Last-zakkingsgedrag van geheide, geschroefde en geboorde palen in zandgrond

aanwezig zijn, drukken deze door de paalbelasting samen, waardoor de paalgroep een nog grotere zakking ondergaat. De zakking kan worden benaderd door de paalgroep ter plaatse van het puntniveau van de palen te beschouwen als een funderingsplaat met een diameter ter grootte van de paalgroep die wordt ondersteund door grond met beddingsconstante k. Voor een globale berekening kunnen we volstaan met uit te gaan van een grondmoot met een dikte van tweemaal de afbelastingspreiding van 2 : 1 (zie ook hoofdstuk

Deze algemene beschouwing maakt echter wel duidelijk dat bij een hoog gebouw met dicht op elkaar staande palen de onder het paalpuntniveau liggende grondlagen tot op grote diepte (ten minste tweemaal de gebouwbreedte) in de zettingsberekening moeten worden betrokken, figuur 4.27.

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 1 Handboek Funderingen. SBR, Ten Hagen Stam, losbladige uitgave met jaarlijks aanvullingen. 2 Meet- en beoordelingsrichtlijnen voor trillingen, deel A - Schade aan gebouwen. Stichting Bouwresearch, Rotterdam, 2002. 3 Protocol voor het uitvoeren van een inspectie aan houten paalfunderingen, versie 2003. Ministerie van VROM. 4 Veen, C. van der, E. Horvat en C.H. van Kooperen, Grondmechanica. Waltman, Delft, 1981. 5 Weele, A.F. van, Moderne funderingstechnieken. Waltman, Delft, 1981. Normen NEN 6702 Technische grondslagen voor bouwconstructies – TGB 1990 – Belastingen en vervormingen NEN 6740 Geotechniek – TGB 1990 – Basiseisen en belastingen NEN 6743 Geotechniek – Berekeningsmethode voor funderingen op palen – Drukpalen

zand

invloedsgebied

klei zand

Figuur 4.27 Belastingspreiding bij paalgroepen

06950416_h04.indd 90

09-03-2005 12:59:18

Ontwerp en uitvoering

5

ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

Het ontwerp van een fundering start met het vaststellen van de randvoorwaarden waaraan moet worden voldaan. Randvoorwaarden zijn onder andere de methode van funderen (‘op palen’ of ‘op staal’), de grondwaterstand, de obstakels in de bodem, de aanwezigheid van belendingen en de bereikbaarheid van het bouwterrein. Bij het ontwerp moeten we ons afvragen of een kruipruimte wel of niet noodzakelijk is. Door een goede detaillering van de kruipruimte kunnen problemen zoals optrekkend vocht en koudebruggen worden voorkomen. Kennis van de werkzaamheden behorend tot de uitvoering van een fundering, zoals het bouwrijp maken van het terrein en de keuze en uitvoering van de werkvloer en de bekisting, is van belang. In dit hoofdstuk geven we een rekenvoorbeeld van een ‘fundering op staal’ en een ‘fundering op palen’.

06950416_h05.indd 91

09-03-2005 13:03:21

92

Inleiding Het ontwerp en de uitvoering van een fundering zijn van vele factoren afhankelijk. Zelfs voor een eenvoudig gebouw moeten we eerst de randvoorwaarden vaststellen waaraan de fundering moet voldoen. Het blindelings kiezen van een funderingstype en het maken van sterkteberekeningen daarvoor, kan tijdens de uitvoering tot dure aanpassingen van het ontwerp leiden. Bij het ontwerp van een fundering zijn de volgende punten van betekenis: • de keuze voor een fundering op staal, op palen of een tussenvorm: een juiste keuze kunnen we alleen maken, indien we de eigenschappen van de grond ter plaatse kennen; • de uiterste grenzen waarbinnen de grondwaterstand varieert: we hebben deze grenzen nodig voor het ontwerpen van de fundering (droge kruipruimte, waterdrukken op kelders enzovoort) en – tijdens de uitvoering – voor een eventuele bemaling van de bouwput (dit kan gevaar opleveren voor belendingen!); • de aanwezigheid van obstakels in de bodem, zoals oude funderingsresten en nog in gebruik zijnde leidingen; • de aanwezigheid van belendingen en de wijze waarop deze zijn gefundeerd; • het dilateren (dilatatie) van de fundering in verband met ongelijke zettingen van bouwdelen (hoog/laag), te grote vervormingen door fluctuaties in de temperatuur, te grote vervormingen door krimp bij een omvangrijke betonfundering; • de bereikbaarheid van het bouwterrein: beperkingen in de aan- en afvoer van bouwmaterialen en materieel zijn van invloed op het ontwerp en de uitvoering. Bij de uitvoering van een fundering krijgen we te maken met de volgende werkzaamheden: • het bouwrijp maken van het bouwterrein. We verstaan hieronder globaal: het verwijderen van obstakels en begroeiing met humuslaag, eventueel het uitvoeren van een grondverbetering en/of ophoging van de grond; • het uitzetten van het bouwwerk; dat wil zeggen het landmeetkundig vastleggen van de situering en afmetingen van het gebouw;

06950416_h05.indd 92

•

bij een fundering op staal: het geschikt maken van de ondergrond; • bij een fundering op palen: voorbereiding en toezicht op het heiwerk; • keuze en uitvoering van de werkvloer. De betonconstructie wordt gestort op een over het algemeen steenachtige werkvloer. De keuze van het type werkvloer is afhankelijk van factoren zoals afmetingen van de betonconstructies (balken, kelder) en vereiste isolatiewaarde van de fundering; • keuze en uitvoering van de betonbekisting. In de volgende paragrafen gaan we dieper in op de genoemde werkzaamheden. We richten ons vooral op de verschillende keuzeaspecten en op de wijze van uitvoering.

5.1 Kruipruimte Een van de eerste beslissingen die we bij het ontwerp van de fundering moeten nemen, is het al of niet toepassen van een kruipruimte. Bij het toepassen van een houten begane-grondvloer is een kruipruimte vereist in verband met de benodigde ventilatie onder de vloer (houtrot, grondlucht, enzovoort). Volgens het Bouwbesluit zijn houten beganegrondvloeren niet zonder meer toegestaan. Alleen bij kleine ondergeschikte bouwwerken mag dit type vloer nog worden toegepast. Bij steenachtige vloeren is een kruipruimte alleen nuttig, indien onder de vloer leidingen worden aangebracht. Het toepassen van een kruipruimte is duur. Indien geen leidingen onder de vloer nodig zijn, is een op de ondergrond aangebrachte betonvloer met isolatie tussen ondergrond en vloer veelal goedkoper. Echter bij een fundering op palen ontstaat vaak een kruipruimte als overbrugging tussen het aanlegniveau van de funderingsbalken en het peil van de begane-grondvloer. De functie van een kruipruimte kan zijn: • ventilatie onder houten vloeren; • ruimte voor leidingen; • overbrugging tussen aanlegniveau van fundering en begane-grondvloer.

09-03-2005 13:03:21

5 ONTWERP EN UITVOERING

De vrije hoogte van kruipruimten moet zijn: • voor alleen ventilatie: 0,300–0,500 m; • voor leidingen: minimaal 0,500, beter is 0,800 m. Voor kruisende leidingen en luchtkanalen is veelal een vrije hoogte van 1 m nodig. Een goed ontworpen kruipruimte, figuur 5.1, heeft: 1 een goede ventilatie met buitenlucht, ook bij steenachtige vloeren (zie subparagraaf 5.1.2); 2 een goed geïsoleerde begane-grondvloer; 3 een bodemafsluiting en eventueel een drainage indien de bodemgesteldheid dat vereist; 4 geen open verbinding met de gevelspouw; 5 waterdichte verticale begrenzingen van beton en/of een trasraam bij metselwerk; 6 geen koudebruggen ter plaatse van de begane-grondvloer. 1 Ventilatie Een goede ventilatie moet aan de volgende minimale eisen voldoen:

dampdichtheid t.p.v. leidingdoorvoer

•

muisdichte ventilatieopeningen in twee tegenover elkaar staande buitenwanden; vrije doorlaatopening moet • de gezamenlijke 2 2 400 mm /m vloeroppervlak bedragen; • de verdeling van de ventilatieopeningen in de gevels moet zodanig zijn dat in de kruipruimte geen ‘dode hoeken’ ontstaan waar onvoldoende ventilatie plaatsvindt; • de ventilatie van de kruipruimte en van de gevelspouw moet gescheiden zijn in verband met vochttransport, ongedierte zoals muizen en ratten, en explosiegevaar bij gaslekkage. Bij een ongunstige ligging van een gebouw of een kruipruimte met veel ‘dode hoeken’ is een aanzienlijk grotere ventilatieopening nodig. In NEN 1078, die GAVO-1987 vervangt, worden eveneens eisen gesteld met betrekking tot de ventilatie van kruipruimten waarin zich gasleidingen bevinden. 2 Begane-grondvloer De ventilatie heeft een gunstige invloed op de vochthuishouding in de kruipruimte, voorkomt stankoverlast (grondlucht, lekkage riolering) en voorkomt explosiegevaar bij gaslekken. Een nadeel is dat de temperatuur in de kruipruimte ‘s winters sterk daalt, wat sommige bewoners ertoe aanzet de ventilatieopening te dichten, met alle gevaren van dien. Isolatie van de beganegrondvloer moet de klachten ten aanzien van de onbehagelijke vloertemperatuur verhelpen. Het Bouwbesluit eist meestal voor de beganegrondvloer een warmteweerstand Rc van ten minste 2,5 m2 K/W. Daarvoor is isolatiemateriaal

afdrukken stuclaag

optrekkend vocht

ventilatie hemelwater afvoer hemelwater

afzetten van zouten

> _ 800 mm ( vorstvrij )

Indien de leidingen in de kruipruimte ten behoeve van onderhoud en vervanging bereikbaar moeten zijn, is een hoogte van ten minste 0,500 m vereist. Verder moeten we voldoende kruipluiken in de begane-grondvloer aanbrengen met dezelfde bouwfysische eigenschappen als de vloer. Indien we niet voldoende kruipluiken kunnen plaatsen, dan zijn kruipgaten in de wanden onder de vloer noodzakelijk. De kruipluiken en -gaten moeten afmetingen hebben van ten minste 0,400 × 0,700 m.

93

verticale doorsnede

Figuur 5.1 Aandachtspunten bij het maken van de kruipruimte

06950416_h05.indd 93

09-03-2005 13:03:22

94

van 70–100 mm dikte nodig. Bij prefab-vloeren wordt de isolatie fabrieksmatig aangebracht. Bij vlakke plaatvloeren is het mogelijk om de isolatie bovenop de vloer aan te brengen met hierop weer een steenachtige dekvloer. Naast eisen ten aanzien van warmte-isolatie, gelden er ook eisen ten aanzien van de damp120 100 sp

ec

ies

lab

152 50 105 108

50

250

102

44

145

geeft instelmogelijkheid aan

Tegenwoordig worden nagenoeg alleen kunststof ventilatiekokers toegepast, figuur 5.2. De kokers zijn voorzien van een specieslab. Deze voorkomt dat valspecie een vochtbrug vormt tussen binnen- en buitenspouwblad. Van het in figuur 5.2 getoonde type moeten we, per 6 m2 vloeroppervlak, één koker toepassen (netto luchtdoorstroomopening van de koker: 2400 mm2). Figuur 5.2 Kunststof ventilatiekoker

06950416_h05.indd 94

dichtheid van vloeren. Bij de huidige kierdichte woningen, die zijn voorzien van mechanische afzuiging, heerst in de woonruimte ten opzichte van de kruipruimte een onderdruk. Via openingen in de begane-grondvloer (bijvoorbeeld kieren rond kruipluiken, leidingdoorvoeringen, vooral ter plaatse van de meterkast!) wordt vochtige lucht uit de kruipruimte aangezogen. Dit is veelal de oorzaak van het vochtprobleem in laagbouwwoningen. 3 Bodemafsluiting De onderste horizontale begrenzing van de kruipruimte is de bodem, die de overgang vormt naar de ondergrond. De bodem dient altijd ruimschoots boven het hoogste grondwaterpeil te liggen. Desondanks kan bij hevige regenval wateroverlast ontstaan in de kruipruimte, indien de ondergrond bestaat uit een slecht waterdoorlatende laag (leem, klei, veen), figuur 5.1. Het aanbrengen van een laag zand in combinatie met een drainage is in dat geval noodzakelijk. Maar de vraag is dan wel waarop deze drainage kan worden afgevoerd. Veel gemeenten laten lozing op de riolering niet meer toe. Een dunne stampbetonnen bodemafsluiting, dik 60–70 mm wordt alleen toegepast bij een houten begane-grondvloer en bij een steenachtige begane-grondvloer als de ondergrond slecht waterdoorlatend is. Indien de hoogste grondwaterstand boven het niveau van de kruipruimte ligt, moeten we – ook bij een steenachtige begane-grondvloer – een waterdichte kelderbak toepassen. Enige punten waarmee we rekening moeten houden zijn: • Wanneer langs gevels in geval van een hoge grondwaterstand een drainage wordt toegepast, kan dat gevaar opleveren voor de stabiliteit van de fundering. Zo kunnen bij een te diepe aanleg van de drainage bij een fundering op staal door de verhoogde korrelspanningen in de grond zettingen ontstaan. Tevens kan de fundering instabiel worden door het tijdens de aanleg tijdelijk weghalen van de bovenbelasting. • In veel gebieden in ons land staan de woningen op palen die door een dunne hardere bovenlaag zijn geheid. Als zich onder deze hardere bovenlaag (meestal tijdelijk) overspannen

09-03-2005 13:03:23

5 ONTWERP EN UITVOERING

grondwater bevindt, ‘brult’ dit water door al die perforaties in de bovenlaag de kruipruimte in. Het toepassen van een drainage kan hier de oplossing zijn. • In nieuwbouwwijken in het westen van het land worden de bouwterreinen vaak opgehoogd met zand. De onderliggende veenlagen worden door de langzame consolidatie nog lange tijd na het gereedkomen van de wijk samengeperst. • We moeten soms rekenen op een zakking van de bodem van de kruipruimte van 0,200 tot 0,500 m. De kruipruimten lopen nu, ongeacht de grondwaterstand, vol met regenwater. Een oplossing van dit probleem kan zijn het navullen met lichte steenachtige materialen, zoals schuimbeton, schelpen of geëxpandeerde kleikorrels (Argex). • De vullaag wordt met behulp van een siloauto en slangen via de kruipluiken in de kruipruimte geblazen. De bewoners ondervinden hiervan weinig ongemak. 4 Gevelspouw Een open verbinding van de kruipruimte met de gevelspouw is de oorzaak van veel bouwschade. De relatief warme lucht in de kruipruimte stijgt ‘s nachts op in de spouw, met als gevolg condensatie ter plaatse van kozijnen en dakaan-

spouwventilatie

trasraam

> _ 800

waterafvoer

Figuur 5.3 Trasraam

06950416_h05.indd 95

95

sluiting. Een goede oplossing is, zoals besproken, het toepassen van ventilatiekokers. 5 Wanden De wanden van kruipruimten moeten waterdicht zijn om het optrekken van vocht uit de ondergrond en tengevolge van condensatie (koudebruggen) te voorkomen. De waterdichte wanden kunnen worden gemaakt van beton of bij metselwerk met een zogenaamd trasraam, zie figuur 5.3. Het trasraam of cementraam plaatsen we altijd voor de ene helft boven het maaiveld en voor de andere helft onder het maaiveld. Het trasraam bestaat meestal uit 10 à 12 lagen metselwerk, uitgevoerd in klinkers in klare cementspecie (vroeger gebruikte men hiervoor een speciemengsel van tras en kalk). We passen kinkers toe omdat deze waterdicht zijn; de capillairen in baksteen zijn bij klinkers door de hoge temperaturen tijdens het bakproces dicht gesinterd. We kunnen het trasraam ook vervaardigen uit kalkzandsteenklinkers of uit betonsteen dat voldoende waterdicht is. Indien geen tras- of cementraam aanwezig is, kan vooral bij massieve bouwmuren optrekkend vocht optreden. De beste oplossing voor dergelijke situaties is verlaging van de temperatuur in de kruipruimte (door isolatie van de beganegrondvloer) en verbetering van de ventilatie in de kruipruimte. Uiteraard zijn er meerdere oplossingen mogelijk, zoals het waterdicht maken van de wanden door injecteren (epoxiehars) of het aanbrengen van een waterdicht scherm (tussenvoegen van een loodslab), maar deze oplossingen zijn veel duurder.

oplegnokken tras(cement)raam + afwerklaag

Optrekkend vocht Optrekkend vocht via funderingsmuren verdampt vooral in centraal verwarmde woningen vlak boven de begane-grondvloer. Zo ontstaat een voortdurende vochtstroom naar boven. Een bijkomend verschijnsel is dat door het vocht zouten uit metselwerk, en vooral uit voegmortel, worden opgenomen, die ter plaatse van de ‘verdampingszone’ weer worden afgezet. Door deze hardnekkige

09-03-2005 13:03:24

96

zoutafzetting kan schoonmetselwerk blijvend worden ontsierd en kunnen stuclagen van de muur af worden gedrukt.

6 Koudebruggen Op koudebruggen kan vanuit de kruipruimte in overvloedige mate condensatie optreden, waarbij het vocht door de (betonnen) vloerelementen optrekt en hinder veroorzaakt in de erboven gelegen woonvertrekken. Om koudebruggen te voorkomen is het verstandig een drukvast isolatiemateriaal (bouwvilt, gasbeton enzovoort) als vloeroplegging toe te passen. Bij paalfunderingen kunnen we een PS-funderingsbekisting toepassen. Dit is een blijvende bekisting, gemaakt van hard polystyreenschuim. De bekisting heeft isolerende eigenschappen en voorkomt koudebruggen in de aansluiting met de begane-grondvloeren, figuur 5.4. tengels h.o.h. 600 mm

regel 30 mm

polystyreenschuim

bandstaal

badding

Figuur 5.4 PS-funderingsbekisting

5.2 Funderingsdetails Bij het bepalen van de funderingsdetails starten we met het vaststellen van een programma van eisen, waarbij de volgende punten in beschouwing worden genomen: Functie van het gebouw 1 woningbouw → wel/geen kruipruimte 2 utiliteitsbouw → isolatie-eisen belastingen Belastingstype 1 lijnlasten (q) 2 verdeelde belastingen (p) 3 puntlasten (F)

06950416_h05.indd 96

Methode van funderen 1 fundering op palen 2 fundering op staal Funderingsonderdelen 1 balk/strook: hoge q-last 2 plaat: hoge p-last 3 poer: hoge F-last Lage belastingen (q-, p- of F-lasten) kunnen door ieder willekeurig funderingsonderdeel worden opgenomen. 5.2.1 Dimensionering De berekening van de diverse onderdelen van een betonfundering (balken, platen, poeren) worden bij het vak Betonconstructies besproken. Hier geven we een aantal factoren die bij dimensionering van belang zijn. 5.2.1.a Balken over palen • De breedte van de balken wordt onder andere bepaald door de afmetingen van de paalschacht; indien we uitgaan van een maximale heiafwijking van 50 mm naar weerszijde, wordt de balkbreedte: Dpaal + 100 mm. • De hoogte van de balken kan globaal worden gesteld op circa 1/10 van de gemiddelde paalafstand, uitgaande van een niet al te zware belasting. Uiteraard moeten we de velden met extreme belastingen en grotere overspanningen afzonderlijk controleren op sterkte en stijfheid. • De afmetingen van de dwarsdoorsnede van de balken (breedte × hoogte) moeten we afstemmen op de maximale paalbelasting; de betonbalk + de standaard beugelwapening (∅ 8–250 à 300 mm) moet ten minste een dwarskrachtcapaciteit hebben ter grootte van de helft van de draagkracht van de paal. • Dit uitgangspunt is gebaseerd op een evenredige belasting van de balken, links en rechts van de paal. • Afwijkende belastingssituaties moeten we op een zwaardere dwarskrachtwapening berekenen. 5.2.1.b Platen • Bij een fundering op staal wordt de benodigde plaatdikte meestal bepaald door de stijfheid (beddingsconstante) van de ondergrond. De vervorming van de plaat moet klein zijn ten

09-03-2005 13:03:24

5 ONTWERP EN UITVOERING

drukboog wapening

trekband

1

drukboog/trekband 1000

300

1300

60°

900

500

600

500

1400

2

driepaalspoer: kolom in zwaartepunt van de palen

500

500

200

dr

uk

uk

dr

trek

500

3

600

1400

200

opzichte van de gemiddelde zetting van de grond, om een gelijkmatige drukverdeling te verkrijgen. • Bij een fundering op palen wordt de benodigde plaatdikte bepaald door de afstand tussen de palen en door het ponscriterium ter plaatse van de palen. 5.2.1.c Poeren • Bij een fundering op staal wordt de benodigde dikte van de poer meestal bepaald door het ponscriterium. • Bij een fundering op palen maken we de poerdikte zodanig dat er een zogenaamde drukboog met trekband kan ontstaan, zie figuur 5.5-1. Hierdoor ontstaat een constructie-element met een grote moment- en dwarskrachtcapaciteit. De hoek van de drukboog mag niet te flauw zijn. We geven de poer daarom een dikte van circa de halve paalafstand (minimum paalafstand 2,5 Dpaal). Een en ander geldt voor zowel twee-, drie- als vierpaalspoeren, figuur 5.5-2 en figuur 5.5-3.

In figuur 5.6 en 5.7 zien we een ontwerp van een paalfundering voor gemetselde laagbouw. We gebruiken meestal palen met een geringe draagkracht. In dit voorbeeld is gekozen voor een houten paal met betonopzetter (∅ 280–300 mm). De breedte van de balk wordt nu 400 mm (paalafwijkingen). Een balkhoogte van 400 mm geeft in dit geval een voldoende sterkte en stijfheid. Tussen funderingsbalk en vloer brengen we metselwerk aan, waardoor we: • een comfortabele hoogte voor de kruipruimte krijgen; • een mogelijkheid scheppen voor de doorvoer van leidingen, door het sparen of boren van gaten in het metselwerk. Willen we een mogelijkheid scheppen voor het maken van kruipgaten, dan moet het funderingsmetselwerk een minimale hoogte krijgen van 400 mm.

500

vierpaalspoer

Figuur 5.5 Paalfundering met betonpoeren

06950416_h05.indd 97

97

De gevelspouw is voorzien van isolatie, terwijl in het buitenspouwblad voldoende open stootvoegen (hart-op-hartafstand circa 1 m) aanwezig zijn voor ventilatie van de spouw en voor afvoer van zakkend vocht.

09-03-2005 13:03:25

98

afgehakt op 20 mm boven de onderkant van de balk.

A

B

Figuur 5.6 Dwarsdoorsnede woning

De begane-grondvloer bestaat uit een geïsoleerde betonnen systeemvloer (isolatie 2 70 à 100 mm; Rc > 2,5 m K/W). De paalwapening steekt 250 tot 300 mm in de funderingsbalk. De betonopzetter zelf wordt

In figuur 5.8 en 5.9 zien we het ontwerp van een fundering op palen voor een loods waarbij de bovenbouw bestaat uit een stalen halconstructie. De vloer krijgt een hoge veranderlijke vloerbelasting. De vloer wordt rechtstreeks ondersteund door prefab-betonpalen, die in de lengte- en breedterichting van het gebouw op gelijke hart-op-hartafstanden worden geplaatst (4 tot 5 m), afhankelijk van de belasting. Ter plaatse van de palen hebben we veelal een plaatselijke verdikking van de vloer (kolomplaat) nodig om doorponsen van de paal te voorkomen. De randbalken en de vloer worden verbonden door een haarspeldwapening. De ankerbouten voor de staalconstructie verankeren we bij hoge

geïsoleerde systeemvloer + afwerklaag ventilatie Peil

oplegnokken

doorvoer van leidingen

kruipruimte

250

400

250

100

Peil

ventilatie 400

paalwapening

50

20

te vergroten naar 400 - 500 i.v.m. eventuele kruipgaten

betonopzetters Ø 280 - Ø 300

400

400

detail A

detail B

Figuur 5.7 Paalfundering van een woonhuis

06950416_h05.indd 98

09-03-2005 13:03:26

5 ONTWERP EN UITVOERING

A

99

B palen

schaal 1 : 200

Figuur 5.8 Dwarsdoorsnede van een bedrijfshal

kolomplaat 500 t.b.v. ponsweerstand

stalen kolom HE 180 A

stalen wandplaat

100

100

200

30

afwerkvloer

500

2 ankers M16

paalwapening

50

werkvloer

prefab betonpalen

250

250

400

250

4000

detail A

detail B

schaal 1 : 20

Figuur 5.9 Paalfundering van een bedrijfshal

kolombelastingen in de funderingsbalken. Bij kleine belastingen kunnen we volstaan met een verankering in de vloer.

06950416_h05.indd 99

5.2.2 Prefab-funderingsbalken Bij een fundering op palen voor woningbouw en utiliteitsbouw met serie-effecten, worden vaak geprefabriceerde funderingsbalken toegepast.

09-03-2005 13:03:27

100

sparing 100 x 200 aangieten met beton prefabfunderingsbalk ingelijmd stekeind in paalkop krimpvrije gietmortel prefabpaalmanchet (p.s.)

betonpaal

schaal 1 : 20

Figuur 5.10 Dwarsdoorsnede paalmanchet

De voordelen hiervan zijn: • hoge betonkwaliteit; • kortere bouwtijd; • geringe afhankelijkheid van het weer. De vele systemen die in de handel zijn (Prefunko, Ringvaart, enzovoort), wijken slechts van elkaar af door het type manchet dat over de paalkoppen wordt geplaatst als verbindingselement tussen paal en balk, figuur 5.10. De paalmanchetten worden op de juiste hoogte gesteld en gevuld met krimpvrije mortel. De verbinding tussen paal en funderingsbalk bestaat uit een in de paal te lijmen stekeind, dat in een sparing in de balk valt. De manchetten zijn van beton of van polystyreenschuim. De werkwijze is als volgt: 1 heien van de benodigde palen; 2 paalkoppen ontgraven en eventueel snellen; 3 inlijmen van de stekeinden; 4 plaatsen van de paalmanchet en aangieten met mortel; 5 aanbrengen prefab-balken over de stalen stekken; 6 aangieten van de sparingen in de balken ter plaatse van paalkoppen. Er kunnen funderingen worden gemaakt met een zeer gevarieerd legplan, figuur 5.11. De ontmoetingen van elkaar kruisende balken worden uitgevoerd als ’halve overkepingen’.

06950416_h05.indd 100

schaal 1 : 200

Figuur 5.11 Legplan prefab-fundering met balkoverkepingen

5.3 Rekenvoorbeeld: constructieberekening Bouwconstructies dienen te voldoen aan de eisen die zijn gesteld in de Technische Grondslagen voor Bouwconstructies, de zogenaamde TGB’s. De belastingen die moeten worden aangehouden kunnen worden ontleend aan de TGB-1990, Belastingen en vervormingen (NEN 6702). In hoofdstuk 1 hebben we een gedeeltelijke gewichtsberekening gemaakt voor een betongietbouw van vijf traveeën en drie bouwlagen, figuur 1.19 en figuur 5.13. De berekening betrof slechts de wand in stramien 5. We maken nu echter de gehele gewichtsberekening (subparagraaf 5.3.1). Op basis van deze gewichtsberekening ontwerpen we voor de bewuste beton-gietbouw een fundering op staal (subparagraaf 5.3.2) en vervolgens een fundering op palen (subparagraaf 5.3.3). 5.3.1 Gewichtsberekening De afmetingen van het ‘beton-gietgebouw’ zijn te vinden in hoofdstuk 1, figuur 1.20 tot en met 1.22.

09-03-2005 13:03:28

5 ONTWERP EN UITVOERING

101

150

150

A

200

100

500

sparing 100 x 200

paalmanchet betonpaal

1

funderingsbalk t.p.v. bouwmuren

schaal 1 : 50

300

hartmaat bouwmuren

gevelbalken

ingelijmd draadeind

300 schaal 1 : 50

100 100

300

2

funderingsbalk

500

500

sparing 100 x 200 aangieten met beton

2 verende staven paalmanchet stelmoer + plaatje betonpaal

3

doorsnede A

schaal 1 : 20

Figuur 5.12 Prefab-funderingssysteem Prefunko

Overige gegevens zijn: • de vloeren en het dak zijn 180 mm dik; • de galerijvloeren zijn 120 mm dik; • de vloeren en galerijen hebben een afwerklaag van 30 mm zand-cementspecie; • de dakvloer heeft een afschotlaag van gemiddeld 60 mm zand-cementspecie; • alle betonwanden zijn 200 mm dik.

Prefunko-funderingssysteem Het Prefunko-funderingssysteem onderscheidt zich van andere systemen door een paalmanchet met inveermechanisme, figuur 5.12-3. Door de vering komen tijdens de montage de prefab-funderingsbalken nagenoeg spanningsvrij op de paalmanchetten te liggen. Afwijkingen in de peilhoogte van de manchetten en de vlakheid van de prefab-balken, tot een totaal van 5 mm per manchet, worden aldus gecorrigeerd. Na het plaatsen van de funderingsbalken worden de paalmanchetten en de balksparingen volgestort met beton.

Figuur 5.13 Bouwwerk in beton-gietbouw

06950416_h05.indd 101

09-03-2005 13:03:30

102

De in rekening te brengen belastingen zijn: • permanente belasting (G); • veranderlijke verticale belasting (Q); • veranderlijke windbelasting (Qw).

Qe;w = som van de representatieve waarden van de extreme windbelastingen Uit de berekeningen in hoofdstuk 1 is gebleken dat voor deze relatief zware beton-gietbouw de tweede combinatie (1,35 G) maatgevend is voor de toetsing van de fundering met betrekking tot de uiterste grenstoestand. We gaan daarom voor de gehele gewichtsberekening uit van de maatgevende combinatie II: 1,35 G.

Deze belastingen dienen gecombineerd te worden overeenkomstig de TGB-1990, Belastingen en vervormingen (NEN 6702). Vrij vertaald luiden de zogenaamde fundamentele belastingscombinaties voor het toetsen of de uiterste grenstoestanden (bezwijken) worden overschreden als volgt: I II

Permanente belastingen

1,2 G + 1,5 Qm;p + 1,5 Qe;w 1,35 G

Dak: beton 0,18 × 24 = 4,3 kN/m2 afschotlaag 0,06 × 20 = 1,2 kN/m2 dakbedekking 0,1 kN/m2

waarin: G = som van de representatieve waarden van de permanente belastingen (eigen gewicht) Qm;p = som van de representatieve waarden van de momentane (veranderlijke) belastingen door personen, meubilair en aankleding

totaal dak

5,6 kN/m2

Galerijvloeren: beton 0,12 × 24 = 2,9 kN/m2 afwerklaag 0,03 × 20 = 0,6 kN/m2 totaal galerijvloeren

3,5 kN/m2

Berekeningsblad

G

G = dak 12,0 × 2,4 × 5,6 vloer 2e verdieping 9,6 × 2,4 × 5,4 galerij 2e verdieping 2,4 × 2,4 × 3,5 vloer 1e verdieping galerij 1e verdieping beganegrondvloer betonwand 3 × 2,52 × 9,6 × 0,2 × 24 kopgevels 3 × 2,7 × 9,6 × 2,0 (1/2) st. metselwerk) langsgevels 2 × 3 × 2,4 × 5,0 fundering (geschat)

161 kN 124 kN 20 kN 124 kN 20 kN 124 kN 348 kN 156 kN

= =

72 kN 50 kN

1354 kN

9600

q = q = 125 kN/m1

= = = = = = = =

1199 = 125 kN/m 9,6

Spreiding van de gevelbelasting over de volle wandbreedte in verband met de stijfheid van de betonwand. De aangegeven waarden zijn representatieve waarden. Figuur 5.14 Permanente belasting op de fundering ter plaatse van de wanden in de stramienen 1 en 6

06950416_h05.indd 102

09-03-2005 13:03:30

5 ONTWERP EN UITVOERING

103

Berekeningsblad Belastingsschema fundering G = dak 12,0 × 4,8 × 5,6 vloer 2e verdieping 9,6 × 4,8 × 5,4 galerij 2e verdieping 2,4 × 4,8 × 3,5 vloer 1e verdieping galerij 1e verdieping betonwand (3 × 2,52 × 9,6 – 2,2 × 8,4) × 0,2 × 24 gevels 2 × 3 × 4,8 × 5,0 = fundering (geschat)

G

9600

= 322 kN/m = 249 kN/m = 40 kN/m = 249 kN/m = 40 kN/m = 260 kN/m 144 kN/m = 50 kN/m 1354 kN/m

F = 677 kN

F = 677 kN q = 30 kN/m1

F = 0,5 G = 0,5 × 1354

= 677 kN/m

q = beganegrondvloer 4,8 m 5,4 fundering (geschat)

=

26 kN/m 4 kN/m 30 kN/m

De aangegeven waarden zijn representatieve waarden. Figuur 5.15 Permanente belasting op de fundering ter plaatse van de wanden in de stramienen 2 en 5

Overige vloeren: beton 0,18 × 24 = 4,3 kN/m2 afwerklaag 0,03 × 20 = 0,6 kN/m2 lichte scheidingswanden 0,5 kN/m2 totaal overige vloeren

5,4 kN/m2

Gevels per bouwlaag: 1 m metselwerk 1/1 st. glaspui

4,0 kN/m 1,0 kN/m

totaal

5,0 kN/m

Figuur 5.14 tot en met 5.16 zijn berekeningsbladen voor de bepaling van de representatieve waarden van de permanente belastingen op de fundering ter plaatse van de wanden in de stramienen 1 tot en met 6. Figuur 5.17 is het berekeningsblad waarop de maatgevende belastingscombinaties (1,35 G) voor het ontwerp van de fundering met betrekking tot de uiterste grenstoestand zijn vastgesteld.

06950416_h05.indd 103

5.3.2 Fundering op staal In figuur 5.18 zien we het ontwerp van een strokenfundering voor onze beton-gietbouw. Hierna is de berekening van par. 3.5.1 uitgewerkt.

Uitgangspunten voor de belastingen zijn (figuur 5.17): • stramien 1 en 6: 169 kN/m; • stramien 2 en 5: 40 kN/m + twee puntlasten van 914 kN; • stramien 3 en 4: 256 kN/m (inclusief gewicht wand in stramien B). Uitgangspunten voor de ondergrond zijn: • zand, schoon, matig vast (geen cohesie); • hoogste grondwaterstand is gelijk aan onderkant fundering; • maatgevende gronddekking: 0,25 m.

09-03-2005 13:03:31

104

Berekeningsblad Belastingsschema fundering G = dak 12,0 × 4,8 × 5,6 vloer 2e verdieping 9,6 × 4,8 × 5,4 galerij 2e verdieping 2,4 × 4,8 × 3,5 vloer 1e verdieping galerij 1e verdieping beganegrondvloer betonwand 3 × 2,52 × 9,6 × 0,2 × 24 betonwand 3 × 2,52 × 2,3 × 2,0 × 24 in stramien B gevels 2 × 3 × 4,8 × 5,0 fundering (geschat)

G

9600

= = = = = = = =

322 kN 249 kN 40 kN 249 kN 40 kN 249 kN 348 kN 84 kN

= 144 kN = 100 kN 1825 kN

q = q = 190 kN/m1

1825 = 190 kN/m 9,6

Spreiding van de gevelbelasting over de volle wandbreedte in verband met de stijfheid van de betonwand. Inclusief gewicht wand in stramien B. De aangegeven waarden zijn representatieve waarden. Figuur 5.16 Permanente belasting op de fundering ter plaatse van de wanden in de stramienen 3 en 4

Berekeningsblad Wand in stramien 1 en 6

q = 169 kN/m1

qd = 1,35 × 125 = 169 kN/m1

F = 914 kN

F = 914 kN

Wand in stramien 2 en 5 q = 40 kN/m1

qd = 1,35 × 30 = 40 kN/m1 Fd = 1,35 × 677 = 914 kN

q = 256 kN/m1

Wand in stramien 3 en 4 qd = 1,35 × 190 = 256 kN/m1 Figuur 5.17 Belastingscombinatie (1,35 G) voor het ontwerp van de fundering met betrekking tot de uiterste grenstoestand

06950416_h05.indd 104

09-03-2005 13:03:32

5 ONTWERP EN UITVOERING

105

Berekeningsblad

1

2

3 4800

4800 2400

1600

5 4800

6 4800

1600

2400

1300

950

1300

4 4800

4800

500

1450

C

1450

4800

500

B

950

500

A

500

500

schaal 1 : 200

De rekenwaarden voor de grensdraagvermogens kunnen worden berekend met de formule: Fr;v;d = B · L · (σv’ · Nq · Sq + 0,5 · γ’ · B · Nγ · Sγ) waarin: B L σv’ γ’ Nq en Nγ Sq en Sγ

= = = = = =

breedte van het funderingselement lengte van het funderingselement korrelspanning door de maatgevende gronddekking gewicht van de grond onder het funderingselement draagkrachtfactoren vormfactoren

Strookbreedte = 0,50 m qr;v;d = 0,50 · (0,25 × 16 × 15 × 1,0 + 0,5 × 8 × 0,5 × 15 × 1,0) = 45 kN/m1 Strookbreedte = 1,30 m qr;v;d = 1,30 · (0,25 × 16 × 15 × 1,0 + 0,5 × 8 × 1,3 × 15 × 1,0) = 180 kN/m1 Strookbreedte = 1,60 m qr;v;d = 1,60 · (0,25 × 16 × 15 × 1,0 + 0,5 × 8 × 1,6 × 15 × 1,0) = 250 kN/m1 Poer = 2,40 × 2,40 m2 Fr;v;d = 2,40 × 2,40 × (0,25 × 16 × 15 × 1,4 + 0,5 × 8 × 2,4 × 15 × 0,7) = 1064 kN De hier berekende rekenwaarden voor de draagkracht zijn groter dan de rekenwaarden voor de belasting (1,35 G); de fundering voldoet derhalve aan de eisen met betrekking tot het bezwijken van de grond. Figuur 5.18 Strokenfundering

06950416_h05.indd 105

09-03-2005 13:03:33

106

Representatieve waarden van de grondeigenschappen volgens tabel 1 van NEN 6740: • gewicht grond boven water: 18 kN/m3; • gewicht grond onder water: 20 – 10 = 10 kN/m3; • hoek van inwendige wrijving: 31,5°. Rekenwaarden van de grondeigenschappen met betrekking tot de uiterste grenstoestand: • gewicht grond boven water: 18/1,1 = 16 kN/m3; • gewicht grond onder water: 20/1,1 – 10 = 8 kN/m3; • hoek van inwendige wrijving: tan (31,5°)/1,15 geeft ϕ’ = 28°. Opmerking Feitelijk moeten we tan ϕ’ delen door 1,15 en vervolgens weer terugrekenen naar de hoek. De hier gevoerde rekenwijze geeft echter weinig verschil. De rekenwaarden worden verkregen door de representatieve waarden te delen door de materiaalfactoren volgens tabel 3 van NEN 6740.

Draagkrachtfactoren volgens tabel 1 van NEN 6744: • Nq = 15 en Nγ = 15 (zie ook hoofdstuk 3, figuur 3.23) Vormfactoren: • stroken: Sq = 1,0 en Sγ = 1,0; • poeren: Sq = 1,4 en Sγ = 0,7. Verder moeten we de sterkte van de betonstroken en de platen controleren. Er moet gerekend worden op extra momenten en dwarskrachten ten gevolge van verschillen in de grondspanning. Grondspanningsverschillen over een kleine tussenafstand zijn in verband met de starheid van de fundering niet mogelijk; de zettingen en dus de spanningen zullen zich vereffenen, wat extra krachten op de fundering veroorzaakt. In figuur 5.19 zien we een dwarsdoorsnede over de stramienen 1 en 2. Het aanlegniveau is op 0,800 m onder het maaiveld gekozen, om opvriezen van de fundering te voorkomen. De spouw is ter plaatse van stramien 1 doorgezet tot op de funderingsplaat, hetgeen gevaar kan opleveren in verband met horizontale gronddruk-

1

2

afwerkvloer

bodemafsluiting

50 200 50

kruipruimte

500

170 30

Peil

werkvloer 650

650

250

250

Figuur 5.19 Funderingsdetails, verticale dwarsdoorsneden

06950416_h05.indd 106

09-03-2005 13:03:34

5 ONTWERP EN UITVOERING

ken. We vullen de spouw gedeeltelijk (eventueel met een drukvast isolatiemateriaal ter voorkoming van een koudebrug). Het lijkt zinvol om een bodemafsluiting toe te passen, onder andere om de in rekening gebrachte gronddekking van 0,250 m in stand te houden. 5.3.3 Alternatieve oplossing voor een fundering op staal Een alternatieve oplossing voor het funderingsontwerp zien we in figuur 5.20 getekend. Hier is een doorgaande plaat toegepast waarvoor aanmerkelijk meer gewapend beton nodig is. Door de eenvoud van de bekisting en van het vlechtwerk kan deze fundering toch economisch aantrekkelijk zijn. De gekozen oplossing levert een mooie droge kruipruimte op. De berekening van het grondspanningsverloop is echter minder eenvoudig; het wordt bepaald door de verhouding van de stijfheid van de 1

2 4800

ondergrond (beddingsconstante) en de stijfheid van de funderingsplaat (EI). In figuur 5.20 is tevens het belastingsschema van de (elastisch ondersteunde) funderingsplaat in langsrichting getekend. Uitgangspunten voor de berekening zijn: • alle dwarswanden zijn voldoende stijf en sterk om de belastingen in dwarsrichting gelijkmatig te verdelen; • ook de funderingsbalken in de stramienen 2 en 5 verdelen de belastingen gelijkmatig; hiervoor is een aanzienlijke balkwapening nodig; • de beddingsconstante4 wordt3 in eerste instantie gelijk gesteld aan 10 kN/m ; bij volgende berekeningen dienen hogere en lagere waarden voor de beddingsconstante te worden ingevoerd om de invloed hiervan te kunnen bepalen.

3

4 4800

4800

107

5

6 4800

4800

4800

C

A

A

4800

B

A

rekenwaarden (1,35 G) F = 1620 kN

F = 2220 kN

F = 2460 kN

belastingschema volgens doorsnede A–A (beddingsconstante ca 104 kN/m3)

F = 2460 kN

F = 2220 kN

F = 1620 kN

betonplaat, dik 0,2 m, breed 10,10 m

Figuur 5.20 Plaatfundering

06950416_h05.indd 107

09-03-2005 13:03:34

108

Het zwak of sterk gekromde verloop van de grondspanningen hangt af van de doorbuiging van de funderingsplaat; immers de spanningen zijn evenredig met de zettingen (σ = k ∙ z). De ongunstigste aanname van het spanningsverloop voor de berekening van de wapening in de funderingsplaat is een gelijkmatig verdeelde grondspanning. De ongunstigste aanname van het spanningsverloop voor de grensdraagkracht en de bruikbaarheidsdraagkracht is een sterk ongelijkmatig verdeelde grondspanning.

De oorspronkelijke grondspanning, halverwege de in rekening te brengen laag, bedraagt: σ’v = 0,80 × 18 + 1,30 × 10 = 27,4 kN/m2 De spanningsverhoging halverwege de laag is: Δσ’v = Terzaghi: z=

Exacte waarden kunnen nooit worden verkregen. We raden daarom aan om voor de verschillende controles (wapeningsberekening of grondspanningsberekening) uit te gaan van het ongunstigste grondspanningsverloop. We kunnen de berekende grondspanningen ook gebruiken om de dwarskrachten en de momenten in de dwarsrichting te schatten; de funderingsplaat kunnen we beschouwen als een vierzijdig ondersteunde plaat waarop de grondspanning als uitwendige belasting in rekening wordt gebracht (het zogenaamde ‘denkbeeldig omkeren’ van de constructie). Ten slotte maken we nog een schatting van de zetting van de funderingstrook in stramien 1 (figuur 5.18). In verband met de spreiding van de belasting in de ondergrond kunnen we voor de zettingsberekening uitgaan van een laagdikte die niet groter is dan tweemaal de breedte van de funderingstrook. Uitgangspunten: • zand, matig, vast; • grondwaterstand: onderkant fundering; • gewicht van de grond: 18 kN/m3 en 10 kN/m3 (onder water); • samendrukkingsconstante C = 600; • laagdikte: 2 × 1,30 = 2,60 m (onder de fundering); • belastingspreiding in ondergrond 2 : 1; • belastingsfactor: 1,0 (bruikbaarheidsgrenstoestand); • representatieve belasting: q = 125 kN/m (permanent) + ca. 10 kN/m (momentaan); • rekenwaarde van de belasting: 135 kN/m (γf = 1,0).

06950416_h05.indd 108

135 = 52 kN/m2 (2,6 × 1,0)

σ’ + Δσ’v 2600 h 27,4 + 52 ∙ ln v = ∙ ln = 5 mm C’ σ’v 600 27,4

De zetting vindt tijdens de bouw geleidelijk aan plaats en zal niet worden opgemerkt. Grondspanningsverschillen (stel 40%) leiden tot kleine zettingsverschillen (2 mm). Deze zijn zeer goed op te nemen door de betonconstructie. 5.3.4 Fundering op palen Voor het ontwerp van een fundering op palen zijn de volgende gegevens nodig: • de rekenwaarde van de maximale paalbelasting Fs;d; • de rekenwaarde van de negatieve kleef (Fs;nk;d); • de rekenwaarde van de draagkracht van de palen Fr;d.

We moeten voldoen aan de eis: Fs;d + Fs;nk;d < Fr;d De rekenwaarde voor de totale belasting per wand zijn aangegeven in figuur 5.20, doorsnede A–A: • stramien 1 en 6: F = 1620 kN (5 palen × 324 kN); • stramien 2 en 5: F = 2220 kN (7 palen × 317 kN); • stramien 3 en 4: F = 2460 kN (7,5 palen × 328 kN). Het aangegeven aantal palen geeft redelijke paalafstanden en paalbelastingen. De onderlinge verschillen in belasting zijn klein. De ‘halve’ paal in de stramienen 3 en 4 verkrijgen we door een paal onder de betonwand in stramien B te plaatsen, figuur 5.21.

09-03-2005 13:03:35

5 ONTWERP EN UITVOERING

1

2 4800

3 4800

4 4800

1000

5 4800

109

6 4800

1000

900

1600

B

S-2 900

1600 1600

2400

900

S-1

4800

2400

1600 1600 1600

2400

4800

900

2400

C

A 1000

1000

- te heien 39 st. prefab-betonpalen, afm. 250 x 250 mm, bruto lengte: 15 m - rekenwaarde van de maximale paalbelasting (uiterste grenstoestand), inclusief negatieve kleef: 450 kN

diepsondering noordpeil

Figuur 5.21 Palenplan

De maximale paalbelasting stellen we op 400 kN (uit het bouwwerk 350 kN en uit negatieve kleef 100 kN). (Kies een paal met een bezwijkdraagkracht van 500 kN). Veelal kan een gladde betonpaal met een schachtafmeting van 250 × 250 mm2 om hiervoor voldoende draagkracht leveren. De volgende punten zijn hierbij van belang: • de draagkracht van de paal moet worden vastgesteld overeenkomstig de eisen die worden gesteld in de TGB’s-1990, Geotechniek (NEN 6740 en 6743); • de draagkracht van de paal wordt ook bepaald door de materiaalsterkte van de paal zelf. Raadpleeg hiervoor de opgave van de fabrikant. Indien de rekenwaarde voor de draagkracht van de paal kleiner blijkt te zijn dan de rekenwaarde voor de paalbelasting, kunnen we de volgende stappen nemen: • verlaging van de paalbelasting door het toepassen van meer palen; • vergroting van de doorsnede van de paal; • plaatsing van de paalpunt in een diepere en draagkrachtiger laag, eventueel in combinatie met een vergroting van de doorsnede.

06950416_h05.indd 109

Palenplan Op het palenplan moeten we vermelden: • het aantal palen, paalsoort, paaldoorsnede, paallengte; • de rekenwaarde van de draagkracht van de palen en de in rekening gebrachte negatieve kleef; • de plaats van de gemaakte sondering(en); • een Noordpeil; • nummering van alle palen in verband met het heiregister; • de ‘peilmaat’ van het bouwwerk ten opzichte van NAP; • het paalpuntniveau ten opzichte van NAP; • afhakhoogte van de palen en de vereiste minimale steklengten; • de merken en typenummers van de toegestane heimachines; • de omtrekken van de funderingselementen (balken, poeren, platen, enzovoort). Benodigd grondonderzoek Indien de ligging van de draagkrachtige laag niet al te veel in hoogte varieert kunnen we volstaan met circa 1 sondering per 400 m2. Dat komt overeen met hart-op-hartafstanden van 20 m.

09-03-2005 13:03:35

110

Het verdient aanbeveling om altijd ten minste één op de drie sonderingen te laten uitvoeren met een plaatselijke kleefmeting. Met behulp van de kleefgegevens kunnen we: • de opbouw van het grondprofiel bepalen; het wrijvingsgetal geeft een indicatie van de grondsoort; • een schatting maken van de positieve en negatieve kleef. Bij onzekerheden dient verder onderzoek te worden verricht met behulp van boringen en laboratoriumproeven. Ten slotte nog een opmerking over de te verwachten paalzettingen tijdens de bouw. Een vuistregel luidt: 1 mm zetting per 100 kN, zie par. 4.5.4. Verschillen in paalbelastingen leiden tot zettingsverschillen. De betonconstructie moet in staat zijn om deze zettingsverschillen op te nemen.

Funderingsdetails In figuur 5.22 en 5.23 zien we een aantal details van het funderingsontwerp. De afmetingen van de betonbalken moeten voldoen aan de volgende eisen: • de onderkant van de gevelbalken dienen ten minste 0,60 m onder het maaiveld te liggen teneinde opvriezen en/of vorming van rattennesten onder de fundering te voorkomen; • de hoogte van de balken wordt bepaald door de gewenste hoogte van een eventuele kruipruimte; • in het werk te storten betonbalken hebben voor de sterkte een hoogte nodig van circa 1/10 × L, waarin L de maximale hart-op-hartafstand van de palen is; • uitgaande van een toegestane heiafwijking van 50–75 mm dient de balkbreedte 100–150 mm groter te zijn dan de doorsnede van de paal; • de balken moeten een zodanige afmeting hebben, dat de dwarskrachtcapaciteit bij een normale beugelafstand iets groter is dan de

1

2

spouw afwerkvloer

steklengte

werkvloer

50

500

750

170 30

peil

250 x 250

300

200

detail t.p.v. stramien 1

200

200

detail t.p.v. stramien 2

schaal 1 : 20

Figuur 5.22 Verticale dwarsdoorsnede van een fundering

06950416_h05.indd 110

09-03-2005 13:03:36

5 ONTWERP EN UITVOERING

111

250

2

250

C

200 x 600

650

2

C 200 x 600

200

200

schaal 1 : 20

schaal 1 : 50

Figuur 5.23 Bovenaanzicht fundering: paalgroep ter plaatse van de kolom C-2

helft van de maximale paalbelasting, exclusief de negatieve kleef. Dit geeft een economische wapening, waarbij alleen ter plaatse van een ongelijkmatige belastingsafdracht extra dwarskrachtwapening nodig zal zijn. Indien we de voorgaande eisen toepassen op het funderingsontwerp van onze beton-gietbouw, dan resulteert dit in een balkafmeting van 400 × 500 mm2. Figuur 5.23-1 en 5.23-2 tonen een bovenaanzicht van de fundering ter plaatse van kolom C-2. Het zwaartepunt van de kolom dient samen te vallen met het zwaartepunt van de paalgroep (verhouding eenderde/tweederde) om een ongeveer gelijke paalbelasting van de afzonderlijke palen te verkrijgen. De dwarskracht in de balk is ter plaatse van de kolom zeer hoog, waardoor mogelijk een constructie zoals afgebeeld in figuur 5.23-2, noodzakelijk is.

06950416_h05.indd 111

5.4 Bouwrijp maken van het bouwterrein De uitvoering van een bouwwerk start met het bouwrijp maken van het terrein. In grote uitbreidingsgebieden met een veenachtige ondergrond bestaat dit meestal uit het opspuiten van het gebied met zand. Dit moet in een zeer vroeg stadium gebeuren in verband met het consolidatieproces (enkele jaren). Hierna worden openbare voorzieningen, zoals wegen, gasleidingen, riolering en elektriciteit, aangebracht. Het zandpakket zorgt voor een verhoging van het maaiveld ten opzichte van de grondwaterstand, het vergemakkelijkt het graven van sleuven ten behoeve van leidingen en het dient als drukverdelende laag voor de aan te leggen wegen. Voor een terrein in de bebouwde omgeving bestaat het bouwrijp maken uit het verwijderen van de humuslaag, het uitgraven tot iets onder de onderkant van de fundering en eventueel het aanbrengen van een laag zand om de bouwplaats toegankelijk te maken voor personen en materieel.

09-03-2005 13:03:37

112

A draadnagel bouwplank

A

merkstreep

maaiveld

funderingsbalk

heipaal

Figuur 5.24 Bouwplanken

Als het terrein bouwrijp is, worden rondom het bouwwerk bouwplanken aangebracht met merktekens voor de stramienlijnen. De bouwplanken vervangen als het ware de maatlijnen op de plattegrond van de fundering. Door het spannen van draden tussen de tegenover elkaar geplaatste bouwplanken of door het toepassen van geavanceerde meettechnieken (laserstralen, enzovoort) kunnen de funderingsonderdelen (bijvoorbeeld de plaats van de heipalen of van de funderingsstroken) worden uitgezet, figuur 5.24.

5.5 Fundering op staal: grondwerk Het aanlegniveau van een fundering op staal moet altijd door ten minste drie gangen worden verdicht met een geschikte verdichtingsmachine. De te gebruiken apparatuur dient vermeld te staan in het funderingsadvies van een geotechnisch adviesbureau en kan bestaan uit: • explosiestampers, figuur 5.25: bij een slagkracht van 4 tot 6 kN kan een verdichting worden verkregen tot een diepte van 0,300 à 0,400 m;

06950416_h05.indd 112

Figuur 5.25 Explosiestamper

09-03-2005 13:03:38

5 ONTWERP EN UITVOERING

113

De aanwezigheid van niet-opgemerkte oude waterlopen, zoals sloten, kunnen veel schade veroorzaken.

Figuur 5.26 Trilplaat

Grondvervanging mag alleen worden uitgevoerd met grof zand. Tijdens de oppervlakteverdichting van een grondlaag dient de grondwaterstand zich minimaal 0,500 m beneden de onderkant van de betreffende grondlaag te bevinden. Zonodig moet de grondwaterstand worden verlaagd. Grondvervanging moet altijd worden gecontroleerd door middel van (hand)sonderingen of andere onderzoeksmethoden.

5.6 Fundering op palen: heiwerk

Figuur 5.27 Trilwals

•

trilplaten, figuur 5.26: afhankelijk van het gewicht en de centrifugaalkracht kan een verdichting worden verkregen tot een diepte van 0,300 tot 1,00 m; • zware trilwalsen, figuur 5.27: trilwalsen met een gewicht van 40 kN kunnen afhankelijk van het te verdichten materiaal en het aantal gangen een laag van circa 1,00 m verdichten. Het is meestal wel noodzakelijk om de toplaag met een trilplaat na te verdichten. Als een grondvervanging onder de fundering wordt toegepast, moet in het funderingsadvies ook de aanlegbreedte van deze grondvervanging worden vermeld. Er wordt hiervoor meestal uitgegaan van een spreidingshoek van de bovenbouwbelasting van 45°. Uiteraard dienen slechte plekken, zoals veen, klei, wortels, sloten en oude funderingsresten, te worden verwijderd en aangevuld met grof zand dat laagsgewijs dient te worden aangebracht en verdicht.

06950416_h05.indd 113

Ten behoeve van het heien moet per dag het opzichtersdagboek ingevuld worden. Daarin moet worden vermeld: • naam van de heiopzichter; • de namen van alle personen die uit hoofde van hun functie het werk bezoeken en controleren/registreren; • weersgesteldheid (drrog, regen, temperatuur, enzovoort); • datum en werktijd; • het aantal geslagen palen; • de heiroute; • de gebruikte hoeveelheid beton bij in de grond gevormde palen; • alle bijzonderheden, zoals eventuele obstakels in de grond, paalbreuk, maatafwijkingen; • goedkeuringen/afkeuringen/correctieve maatregelen. Van iedere geheide paal dienen de gegevens volledig te worden ingevuld op de heistaat, die een onderdeel is van het opzichtersdagboek. Het heiregister is een handzamer formulier (zakformaat). De opzichter gebruikt dat onder de heistelling. Deze zogenaamde kalenderformulieren staan afgebeeld in figuur 5.28.

09-03-2005 13:03:40

114

Hei-register

Heistaat

Nummer op het heiplan

Vermelden:

Paallengte in meters

- Heiblok

Paalafmeting

schacht

- Bloknummer

punt

- Datum maken paal

Toelaatbare zakking

- Paalnummer

in mm / slag

- Sondering o

tocht van 25 cm zakking

Aantal kalenderslagen per

1 tocht 2 3 4 5 6 7

- Schachtafmetingen

o

- Wapening / lengte

o

- Datum heien paal

o

- Aantal kalenderslagen per tocht

o

van 25 cm zakking, waarbij voor

o

iedere tocht de diepte t.o.v. NAP

o

moet worden vermeld

Vereiste kalender Hoogte van het bovenvlak t.o.v. NAP na de inheiing Paalpuntdiepte t.o.v. NAP Toelichting

Opmerkingen:

Figuur 5.28 Kalenderformulieren conusweerstand qc [MN/m2] 0

5

10

15

20

25

30 vermelden: - plaats

1

- opdrachtnr. - paalnummer

2

- sonderingnr. - m.v. t.o.v. NAP - paalafmetingen

3

diepte t.o.v. NAP / m.v. [m]

- paalpuntniveau t.o.v. NAP

4

- blokgewicht 5

6

7

8 10

20

30

40

50

60

aantal slagen per 25 cm zakking

Figuur 5.29 Sondering met ingetekend slagdiagram

06950416_h05.indd 114

09-03-2005 13:03:41

5 ONTWERP EN UITVOERING

De toelaatbare draagkracht van een funderingspaal wordt, zoals we hebben besproken, op basis van sonderingen bepaald volgens rekenregels die zijn ontwikkeld uit vergelijkingen tussen sonderingen en proefbelastingen. Een sondering is hierbij te beschouwen als een proefbelasting op kleine schaal. Daar de bodemopbouw in het algemeen niethomogeen is en afwijkingen zich op korte afstand kunnen voordoen, is een controle op de weerstand van de te heien palen noodzakelijk. Deze controle kan plaatsvinden door tijdens de uitvoering van het heiwerk te kalenderen. De eerste paal van het project moet ter plaatse van een sondering worden geheid en over de volle lengte per tocht van 0,250 m worden gekalenderd. Onder kalenderen verstaan we het tellen van het aantal slagen dat nodig is om de paal 0,250 m te laten zakken. De resultaten hiervan tekenen we op de betreffende sonderingsgrafiek in figuur 5.29. Op grond van de vergelijking van het slagdiagram en de sondeergrafiek leggen we een waarde voor de vereiste kalender en de inheidiepte van de nabij te heien palen vast. Van deze palen worden de laatste 2 m (8 tochten van 0,250 m) gekalenderd. De inheidiepte dient steeds te worden aangepast, waarbij het kalenderbeeld van de voorgaande palen in beschouwing dient te worden genomen. Sterke afwijkingen in de kalenderwaarden kunnen worden veroorzaakt door paalbreuk of door obstakels. Een constante analyse van het verloop van de draagkrachtige laag is noodzakelijk. Wijzigingen in het kalendergedrag kunnen vele oorzaken hebben. We noemen er een paar: • mutsvulling niet in orde; natte of oude mutsvullingen zijn minder veerkrachtig en geven de slagenergie directer door aan de paal. Daardoor wordt een lagere kalenderwaarde verkregen; • een warm of vervuild blok geeft minder energie af en kan dus de oorzaak zijn van een hogere kalenderwaarde; • verdichting van de pakking van het zandpakket bij kleine paalafstanden geeft een verhoging van de kalenderwaarde; • wateroverspanning: tijdens het heien moet de met water verzadigde grond worden ver-

06950416_h05.indd 115

115

drongen. Indien het water niet snel genoeg kan afstromen, ontstaat een ‘drijfzandeffect’ en dus een lagere kalenderwaarde. Bij twijfel over de draagkracht op basis van het kalendergedrag, is het nodig om contact op te nemen met de constructeur of de grondmechanisch adviseur. Eventueel is dan een aanvullend grondonderzoek en/of het plaatsen van een extra paal noodzakelijk. Een mogelijke paalbreuk bij betonpalen is eenvoudig te controleren door middel van het akoestisch doormeten van de paal. 5.6.1 Keuze van een heimachine De in Nederland in gebruik zijnde heimachines zijn naar type onder te verdelen in: • valblokken; • dieselblokken; • persluchtblokken; • hydraulische blokken.

Vroeger werden valblokken en dieselblokken het meest gebruikt, figuur 5.30 en 5.31. Tegenwoordig gebruiken we steeds vaker een hydraulisch blok. Het type en de massa van het heiblok moet zodanig worden gekozen, dat de paal zonder beschadiging op het gewenste inheiniveau kan worden gebracht. De zwaarte van de paal en de te verwachten heiweerstand spelen hierbij een rol. Enige vuistregels voor de keuze van een heiblok zijn: • de massa van het heiblok (zuigergewicht) is ten minste gelijk aan de massa van de paal; • de massa van het heiblok mag niet groter zijn dan tweemaal de massa van de paal; • de te verwachten eindkalenderwaarden moeten tussen de 15 en 25 slagen per 0,250 m paalzakking bedragen. Toezicht op heiwerk Gezien het belang van een goede fundering voor de uiteindelijke kwaliteit van het te bouwen object is een deskundig toezicht tijdens het heiwerk een vereiste. Alle palen dienen te worden gekalenderd. Het is verder van groot belang alle bijzonderheden die zich tijdens het heiwerk voordoen, op te nemen, vast te leggen en te bewaren.

09-03-2005 13:03:41

116

makelaar optoppen giek

aftoppen giek

optrekken cilinder

kat

giek

heiblok

blokgeleider

heimuts

prefab-betonpaal

boomstop

schuiftafel

rups

Figuur 5.30 Heistelling met dieselblok

06950416_h05.indd 116

09-03-2005 13:03:42

5 ONTWERP EN UITVOERING

1

2

3

1 slaggewicht wordt omhooggetrokken 2 vrije val van het slaggewicht/inspuiten dieselolie/comprimeren van het olie-luchtmengsel 3 explosie van olie-luchtmengsel

4

117

5

4 omhoog stoten van het slaggewicht/ ontsnappen van verbrandingsgas 5 aanzuigen van versie lucht/vrije val slaggewicht, enzovoort

Figuur 5.31 Werking Delmag-dieselblok

5.6.2 Paalafwijkingen De plaats van de geheide palen wordt zo snel mogelijk ingemeten. Paalafwijkingen die groter zijn dan de in het bestek gestelde maximale maat (50–75 mm), vermelden we op het palenplan; een pijltje geeft de richting aan van de afwijking loodrecht op en/of in de balk-as. De constructeur bepaalt op grond van deze afwijkingen welke maatregelen er dienen te

06950416_h05.indd 117

worden genomen. De maatregelen kunnen bestaan uit: • het slaan van extra palen; • het toepassen van wringwapening (beugels + langswapening); paalafwijkingen loodrecht op de balk-as veroorzaken een wringend moment in de funderingsbalken; • het aanbrengen van koppelbalken loodrecht op de balk-as.

09-03-2005 13:03:43

118

Paalafwijkingen loodrecht op de balk-as leiden altijd tot het treffen van extra voorzieningen. Paalafwijkingen in de balk-as hebben meestal weinig invloed op het verloop van de buigende momenten in de funderingsbalk. Hiervoor zijn dan ook geen extra voorzieningen nodig.

rustende betonvloeren te isoleren (de thermovloer als isolerende werkvloer). We bespreken de belangrijkste materialen voor deze werkvloeren, te weten: • vloeibeton; • schuimbeton; • geëxpandeerde kleikorrels (Argex).

5.7 Keuze en uitvoering van de werkvloer

Het toepassen van een verloren bekisting van spaanplaat of anderszins houtachtige werkvloeren komt steeds meer in zwang. We verkrijgen hiermee een maatvaste opbouw van de funderingskist.

Alvorens we kunnen overgaan tot het bekisten, het vlechten van de wapening en het storten van het beton voor de verschillende constructieonderdelen, moeten we een zogenaamde werkvloer aanbrengen. Traditioneel bestaat de werkvloer uit stampbeton met een mengselverhouding in volumedelen van 1 cement : 3 zand : 5 grind. Dit mengsel bevat ongeveer 225 kg cement per m3 beton. De toegevoegde hoeveelheid water bedraagt 60 tot 80 liter per m3 beton en is net voldoende voor de binding en het vochtverlies aan de omgeving. Het mengsel, dat aardvochtig is, wordt met behulp van houten stampers verwerkt. Plastic folie als werkvloer Als werkvloer voor relatief smalle constructieonderdelen, zoals balken, worden tegenwoordig zware plastic folies toegepast. De folie wordt strakgetrokken en vastgezet aan de bekisting. Voor grote oppervlakken, zoals vloeren, is het straktrekken en vastzetten nauwelijks mogelijk. Het is dan ook onverstandig om hier een folie toe te passen.

De dikte van de werkvloer bedraagt ongeveer 5 cm voor een niet al te slappe ondergrond. Voor een zeer slappe ondergrond en/of zeer zware betonconstructies kan het echter nodig zijn om in plaats van de traditionele werkvloer andere typen toe te passen, bijvoorbeeld een dikkere werkvloer van gewapend beton. De laatste jaren worden naast de traditionele stampbetonvloeren andere werkvloertypen toegepast. Deze nieuwe vloertypen zijn enerzijds ontstaan door productontwikkelingen en anderzijds door de behoefte om de op de ondergrond

06950416_h05.indd 118

5.7.1 Vloeibeton Alhoewel vloeibeton in eerste instantie ontwikkeld is voor het maken van gewapendbetonconstructies, kan het als toepassing voor werkvloeren economisch voordelig zijn. Bij gebruik van een zetmaat van 18 tot 20 cm vloeit het beton automatisch uit. Het voordeel is dat er weinig mankracht nodig is voor de verwerking. Nadelen zijn echter de hoge prijs en de noodzaak tot een snelle verwerking van het beton. Zetmaat vloeibeton Onder vloeibeton verstaan we beton met een zetmaat groter dan 12 (consistentiegebied 4). Deze grote zetmaat wordt bereikt door toevoeging van een vloeimiddel. Met goede vloeimiddelen kan de zetmaat tot circa 20 cm worden verhoogd. Omdat de verwerkingsduur van het vloeimiddel beperkt is, krijgen we naderhand weer het oorspronkelijke beton met bijbehorende consistentie.

Afgezien van zijn tijdelijke vloeibaarheid, veranderen de eigenschappen van het verse beton niet. De eigenschappen van verhard beton kunnen door de betere verwerkbaarheid (zelfverdichting) van het vloeibeton over het algemeen zelfs beter worden. Bij toepassing van vloeibeton voor de werkvloer moet de ondergrond (zand) goed nat worden gehouden om de vloeibaarheid van het beton niet te verstoren. De vastheid van de ondergrond kan eventueel worden verhoogd door het besproeien van het zandpakket met cementwater.

09-03-2005 13:03:44

5 ONTWERP EN UITVOERING

cementdekvloer grindbeton 100 30

Doorgaans wordt de basisspecie betrokken van een beton- of metselmortelcentrale. We kunnen de basisspecie ook op de bouwplaats aanmaken, waarbij we dan uitgaan van droge voorgemengde grondstoffen (silo-systemen). Het zogenaamde schuimaggregaat, waarin het schuim wordt geproduceerd, wordt doorgaans samen met de meng- en pompapparatuur op het bouwwerk opgesteld.

Een andere toepassing van schuimbeton vindt plaats bij de zogenaamde evenwichtsfundering. Het principe van dit type fundering is dat bij een uitgraving het gewicht van de verwijderde grond vervangen kan worden door een bovenbelasting zonder dat extra zettingen optreden. Met andere woorden: we kunnen dit gewicht benutten voor bebouwing. In het geval van een schuimbetonfundering geldt het verschil in gewicht tussen schuimbeton en de verwijderde grond.

700

Bij de vervaardiging van schuimbeton wordt altijd eerst een zogenaamde basisspecie aangemaakt. Deze basisspecie bevat in ieder geval cement en water en eventueel toeslagmateriaal. Aan deze basisspecie wordt de berekende hoeveelheid schuim toegevoegd waardoor een dun vloeibare specie ontstaat, die zich gemakkelijk laat verwerken.

Bij toepassing van schuimbeton voor isolerende werkvloeren worden als toeslagmateriaal vaak polystyreenkorrels gebruikt. Een hoge dagproductie is mogelijk, pompafstanden van 200 m zijn realiseerbaar. De hoge plasticiteit van het materiaal geeft een groot ‘zelfnivellerend vermogen’: eenvoudig navlakken van het materiaal met behulp van een drijfrei is voldoende om een vlakke en horizontale werkvloer te krijgen.

250

Massavolume schuimbeton Schuimbeton is een cement-gebonden materiaal met een laag massavolume. Schuimbeton bestaat uit een matrix van cementsteen en kunstmatig ingebrachte luchtbelletjes, al of niet samen met fijn toeslagmateriaal. Dit toeslagmateriaal kan bestaan uit fijn zand, geexpandeerde en gebakken kleikorrels (bijvoorbeeld Argex) of uit gesinterd vliegas (bijvoorbeeld Lytag), maar ook uit polystyreenkorrels. Het massavolume schuimbeton kan variëren van circa 400 tot 1600 kg per m3; een fors verschil dus met grindbeton met zijn massavolume van circa 2350 tot 2400 kg per m3.

Een verdere overeenkomst is, dat het materiaal ongevoelig is voor de inwerking van vocht, schimmels en ongedierte. Uit praktijkwaarnemingen en uit experimenteel onderzoek blijkt dat schuimbeton bestand is tegen extreme weersinvloeden; het is onder andere vorst- en hittebestendig.

550

5.7.2 Schuimbeton Het toepassen van schuimbeton onder een funderingsplaat op staal heeft de volgende voordelen: • warmte-isolatie van de betonnen beganegrondvloer; • het ontbreken van een kruipruimte (geen vochtigheid); • vermindering van de bovenbelasting op de grond.

119

vorstvrij schuimbeton

Schuimbeton is evenals grindbeton een cementgebonden materiaal en vereist om voortijdig uitdrogen te voorkomen, een overeenkomstige nabehandeling. Ook bij schuimbeton is de sterkteontwikkeling afhankelijk van de temperatuur.

06950416_h05.indd 119

randdoorsnede

schaal 1 : 20

Figuur 5.32 Evenwichtsfundering

09-03-2005 13:03:44

120

De evenwichtsfundering kan worden toegepast voor laagbouw, zoals woningen, houtskeletbouw, agrarische of lichte industriële bouw. In figuur 5.32 zien we een randdoorsnede van een evenwichtsfundering voor een bungalow. De rand van de schuimbetonnen fundering is verdiept ten behoeve van een randbalk. De vloer is van gewapend beton. 5.7.3 Geëxpandeerde kleikorrels (Argex) De voordelen van het toepassen van een werkvloer van geëxpandeerde kleikorrels komen overeen met die van een schuimbetonnen werkvloer.

De geëxpandeerde gebakken kleikorrels zijn rond van vorm, hebben een harde roodbruine microporeuze schaal en een cellulaire kern. Door de met lucht gevulde cellen is het materiaal licht en heeft het een hoge isolatiewaarde. De gesorteerde korrelgrootte bedraagt 0–4 mm, 4–10 mm en 10–16 mm. Afhankelijk van de korrelgrootte bedraagt het volumegewicht respectievelijk 650, 425 en 350 kg/m3. Ook de thermische isolatie is afhankelijk van de korrelgrootte en varieert voor droog materiaal van 0,10 tot 0,20 W/mK. Vervaardiging Argex Argex is een geëxpandeerde korrel van speciale klei. De Rupeliaanse klei van Kruibeke in België, ook bekend onder de naam ‘Boomse klei’, werd ongeveer 35 miljoen jaren geleden afgezet. Het vervaardigen van de geëxpandeerde kleikorrels gebeurt in stadia: 1 baggeren van de klei; 2 het homogeen vermengen van de verschillende kleilagen; 3 drogen, korrelvorming, expanderen en bakken in een draaioven bij een temperatuur van circa 1100 °C; 4 zeven, sorteren en opslaan in silo’s.

Het materiaal heeft de volgende eigenschappen: • isolerend en nauwelijks hygroscopisch; • bestand tegen elke vorm van aantasting, zoals schimmels, chemicaliën, ongedierte; • sterk en geen vervorming, ook bij langdurige belasting;

06950416_h05.indd 120

•

houdt blijvend holle ruimten, ook tussen de korrels, en blijft dus goed drainerend; • vorstbestendig; • onbrandbaar, veroorzaakt ook geen rook of schadelijke gassen; • ongevaarlijk voor het milieu. De korrels worden vervoerd met silo-auto’s, worden vervolgens op de bouwplaats in het werk geblazen en daarna op de gewenste laagdikte afgewerkt. De verwerkingscapaciteit bij het blazen bedraagt circa 25 m3 per uur. Doeleinden Argex De geëxpandeerde kleikorrels kunnen we voor vele doeleinden gebruiken, zoals: • lichte vulling achter verankerde damwanden en keermuren; • lichte grondaanvulling in de wegenbouw; • lichte drainerende fundaties onder sportvelden; • lichte drainerende werkvloeren voor kabelsleuven; • fundatie op staal voor lichte constructies; • lichte ophoging van bestratingen; • lichte aanvulling tegen fundaties ter vermindering van de gronddruk en/of de negatieve kleef; • dempen van sloten; • volblazen van niet meer in gebruik zijnde olietanks; • aanleg van daktuinen, bijvoorbeeld op parkeergarages.

Bij toepassing van geëxpandeerde kleikorrels als isolerende werkvloer wordt de toplaag gestabiliseerd door besproeiing met zogenaamde cementmelk (samenstelling 1 kg cement op 1 liter water). 2 We hebben 13 liter cementmelk per m vloer nodig. Deze geringe hoeveelheid cement is genoeg om het oppervlak beloopbaar te maken. Voor een fundering op staal moet, alvorens de vloer te stabiliseren, de geëxpandeerde kleikorrellaag worden getrild met een lichte trilslee. In figuur 5.33 zien we een randdoorsnede van een op staal gefundeerde bungalow. De gewapendbetonnen randbalk en begane-grondvloer zijn gestort op een isolerende werkvloer van geëxpandeerde kleikorrels, waarvan de toplaag is gestabiliseerd met cementwater.

09-03-2005 13:03:45

5 ONTWERP EN UITVOERING

121

cementdekvloer

800

betonvloer

Argex

gestabiliseerde Argex korrels

randdoorsnede

schaal 1 : 20

Figuur 5.33 Isolerende thermovloer, randdoorsnede

5.8 Keuze en uitvoering van de betonbekisting

waardoor de toelaatbare materiaalspanningen weer moeten worden gereduceerd.

5.8.1 Eisen ten aanzien van een bekisting Funderingsbekistingen zijn meestal eenvoudig van vorm. Ze bestaan hoofdzakelijk uit balkbekistingen of in geval van plaatvormige constructiedelen, zoals poeren en stroken, uit randbekistingen. In figuur 5.34 zien we twee dwarsdoorsneden van balkbekistingen. Alle bekistingen dienen te voldoen aan eisen ten aanzien van: 1 sterkte; 2 stijfheid; 3 stabiliteit; 4 waterdichtheid; 5 uiterlijk; 6 isolatie; 7 ontkisten.

2 Stijfheid In het bouwbestek dienen de toelaatbare vervormingen te zijn vastgelegd voor de verschillende bekistingsonderdelen. Alhoewel in de Betonvoorschriften maximale maattoleranties worden gegeven, raden we aan om voor ieder bouwwerk en voor ieder bekistingsonderdeel de maattoleranties zelf te definiëren.

1 Sterkte Betonspeciedrukken zijn ‘korteduurbelastingen’, waardoor het toegestaan is de toelaatbare materiaalspanningen te verhogen. Voor de rekenbelastingen mag de belastingsfactor worden verlaagd. Voor houtconstructies geldt dat rekening moet worden gehouden met de hoogste vochtklasse,

06950416_h05.indd 121

3 Stabiliteit De stabiliteit van de bekisting, waaronder we hier verstaan de weerstand tegen horizontale stootbelastingen, is voor een bekisting sterk afhankelijk van de wijze van storten. Er dient altijd te worden gerekend op een horizontale belasting, bijvoorbeeld ter grootte van 1% van het gewicht van de betonconstructie. Het is echter nauwelijks mogelijk om een kist te ontwerpen die een onnodige ruwe stortwijze kan weerstaan. 4 Waterdichtheid De naden in de bekistingshuid moeten waterdicht zijn om weglopen van de zogenaamde cementmelk te voorkomen. De reparatie van de grindnesten die aldus ontstaan, is erg duur.

09-03-2005 13:03:46

122

22 x 70 h.o.h. 600 mm

22 x 70 h.o.h. 600 mm

30 x 60 mm

22 x 70 mm

polystyreen

betonplex 22 mm

stampbeton 50 mm

22 x 70 mm

22 x 70 h.o.h. 600 mm

piketten 30 x 30 h.o.h. 600 mm

1

badding

2

bandstaal

dwarsdoorsnede

schaal 1 : 20

dwarsdoorsnede

horizontale speciedruk - hoogte H in meters - beton: 24 kN/m3 - reacties in kN/m1 - speciedruk in kN/m2

3

4 x H2 H 8x

H2 24 x H

Figuur 5.34 Bekisting funderingsbalk

Bovendien is een onzichtbare reparatie onmogelijk. Kleine grindnesten moeten direct na het ontkisten worden volgepoetst met zand-cementspecie. De grote grindnesten dienen eerst te worden uitgehakt alvorens reparatie kan plaatsvinden. De te nemen maatregelen dienen in het bouwbestek te zijn vermeld. 5 Uiterlijk De keuze van het uiterlijk van de betonoppervlakken hangt af van de toe te passen bekistingshuid. In het geval van een fundering is dit niet van belang. 6 Isolatie De thermische isolatie van een bekisting mag niet te laag zijn in verband met het verhardingsproces van het beton. Een combinatie van een lage isolatiewaarde en een lage buitentemperatuur vereist aanvullende maatregelen, zoals het afdekken en/of verwarmen van de bekisting. Het toestaan van een langzame verharding is onjuist, omdat er dan ten gevolge van de verdamping van het niet-gebonden water, krimpscheuren optreden. Een snelle verharding van het beton in

06950416_h05.indd 122

combinatie met een langzame verdamping voorkomt krimpscheuren. 7 Ontkisten Het ontwerp van een bekisting dient zodanig te zijn dat er ontkist kan worden zonder schade te veroorzaken aan de verse betonconstructie en aan de bekisting. Beschadiging van het beton leidt tot dure reparaties. Beschadiging van de bekisting maakt hergebruik onmogelijk. Het is raadzaam om speciale bekistingsnagels als bevestigingsmiddel voor houtconstructies te gebruiken. Door de dubbele kop kunnen ze met behulp van een klauwhamer gemakkelijk worden verwijderd. Bij stalen bekistingen verdienen klemmen en wiggen de voorkeur boven bouten; de fijne schroefdraad van een normale bout is door de aanhechting van zand-cementspecie sterk aan slijtage onderhevig. In figuur 5.34-1 zien we een traditionele houten bekisting. Hiervoor kunnen we de volgende werkzaamheden onderscheiden: • uitgraven en vlakken van de ondergrond op

09-03-2005 13:03:47

5 ONTWERP EN UITVOERING

ongeveer 5 cm beneden de onderkant van de balk; • het slaan van piketten en het overdwars koppelen van de piketten met houten delen, waarvan de bovenkant exact op hoogte gesteld wordt met de onderkant van de betonbalk; • aanbrengen van de werkvloer van stampbeton tussen en onder de dwarskoppelingen; • het plaatsen van de wandschotten in combinatie met spatdelen aan de onder- en bovenkant. De horizontale dwarsstabiliteit van de bekisting kunnen we verkrijgen door: • koppeling aan in de grond geslagen perkoenpalen met een hart-op-hartafstand van 1,800–2,400 m; • horizontaal afschoren van de dwarsbalken op de langsbalken met behulp van houten delen over de bovenkant van de bekisting. In figuur 5.34-2 zien we een moderne bekisting van hard polystyreenschuim. Deze zogenaamde PS-funderingsbekisting is een blijvende bekisting en is geschikt voor funderingsbalken bij paalfunderingen in woning- en utiliteitsbouw. De bekisting heeft isolerende eigenschappen en voorkomt koudebruggen in aansluiting met begane-grondvloeren. Er is geen werkvloer nodig. PS-funderingsbekisting bestaat uit standaardelementen (twee typen, zie figuur 5.35), lengteelementen, in de fabriek in verstek gezaagde hoekelementen, kunststof hoekprofielen, pennen en krammen. De standaardelementen zijn 1200 mm lang. De materiaaldikte van de bekistingsbodem is 70 mm. De wanden zijn geprofileerd, waardoor Type I: bedoeld voor woningbouw Inwendige afmetingen in mm (h × b):

Type II: bedoeld voor utiliteitsbouw Inwendige afmetingen in mm (h × b):

123

de wanddikte varieert. De grootste wanddikte voor type I is 100 mm en voor type II 130 mm. De krammen zijn van verzinkt staal en dienen om de elementen te koppelen. De pennen zijn voor de koppeling van de hoekelementen; de kunststof hoekprofielen zijn voor de koppeling en afdichting van de buitenhoeken. 5.8.2 Uitvoeren van PS-funderingsbekisting Nadat de bouwplaats is uitgezet, de palen zijn geheid en de paalkoppen zijn gesneld, moet de bodem van de funderingssleuf worden geëgaliseerd. De volgende werkfasen kunnen we hierbij onderscheiden: • het stellen van de onderkrans op een vlak afgewerkt zandbed. De onderkrans bestaat uit twee evenwijdige baddingen, gekoppeld met bandstaal h.o.h. 600 mm; • het zandbed rondom de paalkoppen met zand-cementspecie afwerken; hierdoor wordt een goede afdichting tussen de nog aan te brengen funderingsbekisting en de paalkoppen gewaarborgd; • hoekelementen plaatsen en koppelen met pennen en profielen; • standaardelementen aanbrengen tussen de geplaatste hoekelementen. De sparingen voor de paalkoppen kunnen door de eerder aangebrachte zand-cementspecie zonder bezwaar met enige overmaat uit de bodem worden gesneden; • passtukken zagen en aanbrengen; passtukken kleiner dan 500 mm en elementen met grote sparingen moeten extra worden gesteund; • het vlechtwerk boven op de bekisting samenstellen en voorzichtig laten zakken. Afstandhouders gebruiken met een groot, op polystyreen afgestemd, drukvlak; • de bovenkrans aanbrengen; vooral letten op de koppeling van de hoeken.

400 × 300 450 × 300 500 × 300

400 × 350 450 × 350 500 × 350

550 × 400

600 × 400

400 × 400 450 × 400 500 × 400

Figuur 5.35 Standaardelemenenten PS-funderingsbekisting

06950416_h05.indd 123

09-03-2005 13:03:47

124

Ook hier geldt dat het storten en verdichten van het beton met zorg moet gebeuren. De elementen zijn in vorm en afmetingen aangepast aan de gebruikelijke belasting bij gebruik van kubel, betonpomp of trilnaald. In figuur 5.34-3 zien we het belastingsschema voor de wandspeciedruk. Bij grote betonconstructies dienen hierbij ook de zetmaat, de specietemperatuur, de stijgsnelheid en de silo-werking van het beton in beschouwing te worden genomen. De kleine afmetingen van de hier getoonde balken leiden echter tot een zeer grote stijgsnelheid, waardoor meteen kan worden uitgegaan van een hydrostatische drukverdeling.

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 1 Prefunko Funderingssysteem. Van Neerbos Bouwmaterialen. 2 Publicaties over vloei- en schuimbeton, Vereniging Nederlandse Cementindustrie, ‘s-Hertogenbosch. 3 Publicaties geëxpandeerde kleikorrels, Argex, Gouda. 4 SBR rapport B2-20, Kruipruimten. Rotterdam, 1983. Normen NEN 1078 Eisen en bepalingsmethoden voor huishoudelijke gasleidinginstallaties NEN 6702 Technische grondslagen voor bouwconstructies - TGB 1990 - Belastingen en vervormingen NEN 6740 Geotechniek - TGB 1990 - Basiseisen en belastingen NEN 6743 Geotechniek - Berekeningsmethode voor funderingen op palen - Drukpalen NEN 6744 Geotechniek - Berekeningsmethode voor funderingen op staal

06950416_h05.indd 124

09-03-2005 13:03:47

6

Bouwputten en kelders ing. G.J.M. Janssen, ir. H.L. Jansen, ir. J.J.M. Brouwer

Voor het onderkelderen van een gebouw dienen kostbare voorzieningen te worden getroffen voor het maken en droog houden van de bouwput. De bouwput kan onder talud worden ontgraven of, indien hiervoor de ruimte ontbreekt, worden uitgevoerd met behulp van een grondkering. Afhankelijk van de diepte van de bouwput kan de grondkering bestaan uit eenvoudige houten schotten, uit stalen damwanden of uit diepwanden van beton of cement-bentoniet. Voor de grondkerende constructie zijn meestal stempelramen of grondankers nodig. Ten slotte besteden we in dit hoofdstuk aandacht aan het ontwerp van een kelder; een goede detaillering, van bijvoorbeeld de benodigde ventilatie en de waterdichtheid, zijn van zeer groot belang.

06950416_h06.indd 125

09-03-2005 13:10:48

126

Inleiding De bouwput wordt in het algemeen machinaal ontgraven. Een gedeelte van de uitgegraven grond, voornamelijk zand, wordt in depot opgeslagen om later te worden gebruikt voor het aanvullen van leidingsleuven en de bouwput. Overtollige grond wordt afgevoerd. Diepe bouwputten en bouwputten naast belendingen en wegen kunnen niet onder het natuurlijk talud ontgraven worden. Allerlei steunconstructies, zoals damwanden, moeten worden aangebracht. Bouwputten die dieper worden ontgraven dan het grondwaterpeil, moeten worden bemalen. Zodra de funderingen of kelder gereed is, wordt de bouwput weer gevuld met uitgegraven grond of, indien deze van slechte kwaliteit is (veenhoudend), met vulzand.

Figuur 6.2 Hydraulische dieplepel

Een veel gebruikte graafmachine is de laadschop op luchtbanden, figuur 6.3. Deze zeer goed wendbare machine laadt ook bijzonder snel de

vrachtauto’s vol die benodigd zijn voor het afvoeren van de grond die niet in depot gaat. Vooral in grotere bouwputten is, als we de put voorzien van een op- en afrit voor de vrachtauto’s, de laadschop goed te gebruiken. Om grond over niet al te grote afstand te verschuiven en om het terrein te egaliseren, gebruiken we de bulldozer, figuur 6.4. De bulldozer wordt ook veel gebruikt bij het ontruimen van het terrein, omdat de machine bijzonder krachtig is en dus geschikt voor verwijdering van struiken, bomen, wortelstronken en funderingsresten. Het ontgraven van bouwputten moet zoveel mogelijk ‘in den droge’ gebeuren.

Figuur 6.1 Dragline

Figuur 6.3 Laadschop op luchtbanden

Voor het ontgraven van bouwputten werd vroeger veelal de dragline toegepast, uitgerust met een sleepemmer of met een grijper, figuur 6.1. De laatste jaren worden meer de hydraulische graafmachine, doorgaans met dieplepel uitgerust, gebruikt, figuur 6.2. Ook als de grond met vrachtwagens wordt afgevoerd, gaat het laden met de dieplepel sneller dan met de dragline.

06950416_h06.indd 126

09-03-2005 13:10:49

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

Figuur 6.4 Grader

6.1 Grondkering In de bebouwde kom kan het vanwege de hoge grondprijs nodig zijn om iedere vierkante meter grond te benutten. We maken dan diepere kelders onder het gebouw voor parkeren, rijwielberging, opslag, archiefruimten, kluizen en dergelijke. Het komt vaak voor dat, door de aanwezigheid van belendingen of wegen, de ruimte ontbreekt om de bouwput onder natuurlijk talud te ontgraven. We ontgraven dan verticaal, waarbij gebruik wordt gemaakt van grondkerende wanden van hout, staal of beton.

A

2 à 2,5 m

doorsnede A

2 à 2,5 m

127

6.1.1 Berliner wand Een niet-waterdichte grondkering, bestaande uit stalen profielen en houten of betonnen planken, is de zogenaamde Berliner wand. Voor deze grondkering worden gaten in de grond geboord tot de berekende diepte en worden in deze gaten stalen profielen (HE-A of IPE) geplaatst, die vervolgens worden aangestort. Indien het mogelijk is, worden de profielen ook wel door heien aangebracht. De afstand tussen de profielen is afhankelijk van de toe te passen planken. Deze worden gelijktijdig met het ontgraven van de bouwput tussen de flenzen van de profielen geplaatst, figuur 6.5. De ingeheide profielen kunnen na het gereedkomen van de kelder met behulp van trilapparatuur uit de grond getrokken worden en gaan dus niet verloren. 6.1.2 Damwanden Voor niet al te diepe bouwputten komt de geheide houten damwand in aanmerking. Deze stellen we samen uit houten delen (dam- of schermplanken), 50 à 120 mm dik, 250 à 300 mm breed en van zodanige lengte, dat bij niet te slechte grond het gedeelte dat zich in de grond bevindt even groot is als dat wat boven de bodem van de put uitsteekt. We voorzien de planken van rechthoekige messingen en groeven. De planken worden aan één zijde afgesnoten. Soms snuiten we de planken ook nog over de dikte enige centimeters af, figuur 6.6. De damplanken moeten we inheien met de messing vooruit, omdat de grond beter zijdelings kan uitwijken dan uit de groef. We moeten daarom de genoemde zijdelingse afschuining aan de kant van de messing maken, zodat de plank door de grond die tegen de afschuining aandrukt, goed tegen de reeds ingeslagen planken aanwerkt.

Voor diepere bouwputten met een hogere waterdruk is de houten damwand meestal niet geschikt. Dan komt een stalen damwand in aanmerking. Deze wordt samengesteld uit stalen damplanken die, volgens verschillend profiel gewalst, in de handel voorkomen, figuur 6.7.

Figuur 6.5 Berliner wand

06950416_h06.indd 127

09-03-2005 13:10:50

128

h

gronddruk

Door de wand in de grond in te klemmen krijgt deze weerstand tegen vooroverdrukken ten gevolge van de achter de damwand aanwezige grond. Meestal is inklemming niet voldoende en moet bij diepere bouwputten aan de bovenkant van de wand een gording worden aangebracht, die op ruime afstand in het omringende terrein wordt verankerd. Vaak ontbreekt echter de ruimte voor het aanbrengen van de ankerstaven met ankerschotten. Dan moeten we de tegenover elkaar liggende wanden stutten door zware stempelramen, figuur 6.8. Deze stempelramen worden gemaakt van stalen profielbalken (HE-A of IPE), stalen buizen of houten stempels.

b'

Een bouwputstempeling is voor de uitvoering van een kelder bijzonder lastig. De kelderwanden moeten ter plaatse van dwars- en langsstempels worden voorzien van sparingen. Deze moeten naderhand meestal weer waterdicht worden aangestort. Ook tijdens het uitgraven van de bouwput moeten we de stempeling ontzien, waardoor we zelfs gedeeltelijk met de hand moeten ontgraven.

b' b

b

h=b

1

2

b' = 1/3 b à 1/2 b

dampaal

3

dampaal

Figuur 6.6 Aanzicht en doorsnede van een houten wand

06950416_h06.indd 128

09-03-2005 13:10:51

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

129

18 grondankers h.o.h. 2,0 m

A

grondanker

18 grondankers h.o.h. 2,0 m

1

plattegrond bouwput

3

verticale doorsnede

Z - profiel gordingen vastlassen met kettinglas 4

200

90

UNP 260

U - profiel

2 x UNP 120

damwandprofielen

UNP 260

250

90

2

2 platen 250 x 280 x 6 las 4 binnenwand buitenwand

4

detail A (ankerkop)

Figuur 6.7 Stalen damwand van een kantoorgebouw

Na afloop van de werkzaamheden in de bouwput worden de damwanden getrokken, zodat ze meerdere malen kunnen worden gebruikt. De damwanden moeten op voldoende afstand van de te vervaardigen kelderwanden worden geplaatst, om het aanbrengen en weer wegnemen van de wandbekisting mogelijk te maken. Is er zeer weinig ruimte beschikbaar, dan kan de damwand tevens dienst doen als buitenkist, maar hij is dan natuurlijk wel ‘verloren’.

06950416_h06.indd 129

6.1.3 Grondankers Om de eerder genoemde nadelen van de stempeling van een bouwput te vermijden, kunnen we zogenaamde grond- of groutankers gebruiken.

Een groutanker is een verankeringselement dat zonder ontgraving in de bestaande grondslag kan worden aangebracht. Het anker bestaat uit een hoogwaardige stalen staaf die aan het einde is ingebed in een cementspecie (grout), en wel over een lengte van 3 tot 5 m. Het groutanker is

09-03-2005 13:10:51

130

A

B

gording

E

D schoor

F

C

1

bouwput

dwarsstempel

5

bouwput

gording kopplaat

houten gording

3

6

detail A

detail D

houten gording

gording

houten schoor

kopplaat dwarsstempel

4

7

detail B

detail E

kopplaten

schoor kopplaat gording

langsstempel dwarsstempel

5

detail C

8

detail F

Figuur 6.8 Bouwputstempeling

cilindervormig en ontleent zijn trekkracht aan de schuifspanning tussen de mantel en de omringende grond. De dimensionering van de ankers, zoals lengte, helling, hoogte, doorsnede en corrosiebescherming, vindt vooraf plaats aan de hand van gegevens uit het grondonderzoek en gegevens zoals bovenbelasting, belendingen, leidingen, riolen en andere te ontwijken obstakels. De werkzaamhe-

06950416_h06.indd 130

den op de bouwplaats beginnen nadat de damwand geplaatst is en de bouwput tot even beneden het insteekniveau van de ankers is ontgraven, figuur 6.9-1. Door een gat in de damwand wordt een buis onder de vooraf bepaalde hoek in de grond gebracht door middel van boren of slaan. Deze buis is voorzien van een losse punt aan de onderzijde. Wanneer de buis op de gewenste diepte is ingeslagen, wordt een

09-03-2005 13:10:52

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

stalen staaf (dywidag-staal) of een aantal strengen voorspanstaal in de buis geschoven, figuur 6.9-2. Vervolgens wordt grout (water-cementmengsel) in de ruimte tussen staaf en buis geperst en wordt tegelijkertijd de buis geleidelijk getrokken, figuur 6.9-3. Door het onder druk houden van het grout wordt de vrijkomende ruimte opgevuld. Zodoende ontstaat aan het einde van de staaf een lichaam van sterk verdicht cementgrout. Als het eigenlijke verankeringslichaam is gevormd, wordt de buis geheel getrokken. Het einde van de stalen staaf steekt dan door de damwand heen. Als het grout voldoende is verhard, wordt de ankerstaaf afgespannen op de gording, figuur 6.9-4; elk anker wordt daardoor op zijn trekkracht gecontroleerd.

beton, figuur 6.10. Het voordeel hiervan is dat we meteen de definitieve kelderwand maken. We hoeven dus geen damplanken meer te heien en te trekken. Vooral in de bebouwde kom is deze methode gunstig, omdat we geluidhinder en mogelijke schade door trillingen voorkomen. Een diepwand is een in de grond gevormde betonnen damwand die geschikt is om als dragend en als grond- en waterkerend deel van de constructie te worden toegepast. De wand wordt met grijpers of boormachines gemaakt. We graven of boren een sleuf voor een paneel van ongeveer 2,5 m lengte. Het gat blijft gedurende het graafwerk steeds gevuld met een steunvloeistof, in hoofdzaak bestaande uit een suspensie van bentoniet in water. Hierdoor blijven de wanden van de sleuf gehandhaafd en ontstaat er geen instortingsgevaar. De steunvloeistof, ook wel dikspoeling genoemd,

6.1.4 Diepwand Een andere grondkering van een bouwput kunnen we verkrijgen door het toepassen van

insteekniveau

ankerstaaf vijzel

α

buis op diepte

1

131

damwand (staal, beton of combinatie) eventueel kelderwand

gedeeltelijk uitsparen bouwput en inslaan van de buis

2

inbrengen ankerstaaf

injecteren

gording trekken buis gte

len

3-

groutlichaam

3

aanbrengen groutlichaam + trekken buis

4

5m

aanbrengen gording + afspannen groutanker

Figuur 6.9 Grondanker

06950416_h06.indd 131

09-03-2005 13:11:03

132

1000 + g.w.s. = NAP

500 –

pvc-pijp voor evt. injectie

bekistingsbuis ontgraving

gegraven sleuf 7000 –

geïnjecteerd grondanker

diepwand 1e

deel diepwand gestort

wapening beton 12000 –

2e deel diepwand gestort

1

volgorde van werken

schaal 1 : 100

2

doorsnede diepwand

schaal 1 : 200

Figuur 6.10 Aanbrengen diepwand

bestaat uit circa 50 kg bentoniet (gemalen kleipoeder) op 1000 liter water. Het volumiek gewicht bedraagt ongeveer 10,5 kN/m3 en kan na vervuiling met grond oplopen tot 12,5 kN/m3. Door een lange vultrechter wordt onder in de sleuf beton gepompt. Het zwaardere beton verdrijft nu de dikspoeling, die aan de bovenzijde wordt afgezogen en eventueel wordt gezuiverd (regenereren) en opnieuw gebruikt.

nauwkeuriger. Zuigboren is echter moeilijker toe te passen in klei- en veengronden; in kleigronden is het op te zuigen mengsel van grond en steunvloeistof moeilijk te regenereren. Veengronden tasten de stabiliteit van de steunvloeistof aan. Voor beide methoden is het vooraf maken van betonnen geleidewanden (afmeting circa 0,200 × 1,000 m) noodzakelijk om een goede maatvoering te verkrijgen en om instorten van de bovenkant van de sleuf te voorkomen.

In het uitgegraven paneel wordt, indien nodig, in de dikspoeling een gelast wapeningsnet gehangen. Indien de wand met een vloer moet worden verbonden, kan de wapening ter hoogte van de vloer van stekeinden worden voorzien. Deze zijn aan het wapeningsnet gelast en zo omgebogen, dat ze na ontgraven van de wand teruggebogen kunnen worden in de daarna te storten vloer.

In figuur 6.11 zien we een afbeelding van een zuigboorinstallatie. Aan een op rails verrijdbaar frame is een boormachine met vijf boren opgehangen. De opgeboorde grond wordt als een mengsel van grond en steunvloeistof via een slang naar boven gepompt en naar een zeef- en ontzandingsinstallatie vervoerd (regenereren). Met deze machine kunnen wanden tot 50 m diepte worden gemaakt met een dikte van 400–800 mm. Het beton wordt gestort via een vultrechter met een stortkoker die tot op de bodem van de sleuf wordt afgehangen. De betonspecie, die een belangrijk groter volumiek gewicht heeft dan de steunvloeistof, verdringt de steunvloeistof naar boven. Uit proeven is gebleken dat de dikspoeling de aanhechting tussen beton en wapenstaal nauwelijks beïnvloedt.

Het maken van de sleuf geschiedt door graven of boren, afhankelijk van de grondgesteldheid. Het graven van sleuven kan bij iedere grondsoort worden toegepast; een nadeel van graven is dat het proces discontinu is, waardoor het minder nauwkeurig is. Het boren van sleuven en het afzuigen van de grond (zuigboren) is een continu proces en dus

06950416_h06.indd 132

09-03-2005 13:11:06

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

1

zijaanzicht

2

133

vooraanzicht

Figuur 6.11 Zuigboorinstallatie

In figuur 6.10-1 zien we, in bovenaanzicht, de volgorde van werken. De eerste sleuf wordt gegraven, voorzien van een stalen bekistingsbuis en volgestort met beton. Nadat het beton is opgestijfd wordt de bekistingsbuis getrokken en de volgende sleuf gegraven. Door de ronde vorm van de buis wordt een goede aansluitvoeg verkregen tussen de opeenvolgende wanddelen. De waterdichtheid kan nog worden verbeterd door het injecteren van de voeg met een mortel; hiertoe wordt een injectiepijp meegestort in het beton. Prefab-diepwanden worden ook wel gebruikt. De gegraven sleuf wordt dan niet met plastisch beton gevuld, maar met een complete geprefabriceerde wandsectie. Duidelijke voordelen hiervan zijn: een betere betonkwaliteit, geringere toleranties in afmeting en een veel regelmatiger uiterlijk. We moeten bijzondere aandacht besteden aan de voegoplossing (waterdichtheid). Alvorens het

06950416_h06.indd 133

element in te hangen, vullen we de sleuf met zogenoemde gestabiliseerde bentoniet. Dit is een dikspoeling, bestaande uit een mengsel van ongeveer 50 kg bentoniet (kleipoeder) en 350 kg cement, per m3 spoeling. De gestabiliseerde bentoniet blijft in de sleuf rondom het prefab-wandelement aanwezig. Dit materiaal wordt heel langzaam hard, zodat er voldoende tijd is om de naastgelegen wandsectie te ontgraven en aan te sluiten. Na verharding vormt de gestabiliseerde bentoniet als het ware een stevige pleisterlaag met goede dichtingseigenschappen. Willen we na het ontgraven van de diepwand het geprefabriceerde oppervlak in het zicht hebben, dan kan deze pleisterlaag eenvoudig worden verwijderd. De diepwand is, in vele gevallen, economisch voordelig voor bouwwerken die geheel of gedeeltelijk onder het maaiveld zijn gelegen, zoals tunnels en diepe kelders. Hulpdamwanden, tot nu toe vereist tijdens de bouwfase, zijn door de toepassing van de diepwand overbodig, omdat de betonnen wanden als grond- en

09-03-2005 13:11:08

134

waterkerende constructie dienstdoen. De diepwand wordt evenwel niet afgebroken, maar als permanente wandconstructie in het bouwwerk opgenomen. De bouwput kan hierdoor dezelfde afmeting krijgen als het onder het maaiveld gelegen gedeelte van het bouwwerk, zodat het grondwerk tot een minimum beperkt blijft. De diepwand wordt ook als dragend constructieelement gebruikt. Indien de wand reikt tot in de draagkrachtige lagen, kunnen grote belastingen worden overgebracht. Diepwanden kunnen direct naast belendingen worden aangebracht. De wanden worden door vloeren gesteund of voorzien van grondankers, figuur 6.10-2. 6.1.5 Grondkering door injectie en jetgrouten Als laatste grondkering of bouwputomgrenzing noemen we de methode van het verstenen van de omringende grond door injecteren en jetgrouten. Deze technieken zijn beschreven in par. 3.4.2 en 3.4.3. Met deze methoden ontstaat een zandsteenstructuur en -sterkte. De nu verkregen ‘grondsoort’ is zonder problemen verticaal in te graven. De methoden kunnen zelfs onder de bestaande bebouwing worden toegepast, zodat geen ruimte verloren gaat aan de dikte van een normaal toe te passen damwand. We moeten er echter op wijzen dat bij deze methode de kosten voor toepassing in verhouding met de eerder genoemde methoden, zeer hoog zijn. zuigslang met zuigkorf drain zand klei

1

doorsnede bouwput

klokpomp

2

alternatief, klokpomp in putje, geen drain

3

doorsnede over drain (2 varianten)

6.2 Drooghouden van de bouwput Voor gebouwen die worden onderkelderd, zijn in ons land in het algemeen diepe bouwputten tot ver onder de grondwaterstand nodig. Om het graven ‘in den droge’ mogelijk te maken, moeten we de put voortdurend drooghouden. Na voltooiing van de bouwput moet deze zolang worden drooggehouden, totdat alle funderingswerken gereed en voldoende verhard zijn. Bovendien moet het gebouw zo hoog zijn opgetrokken, dat het gewicht hiervan in evenwicht is met de opwaartse waterdruk; anders zou het gebouw kunnen opdrijven. Bouwputten kunnen door een open bemaling of door een bronbemaling worden drooggehouden. We kunnen ook door injectie de grond, tijdelijk of permanent, waterdicht maken. 6.2.1 Open bemaling Bij de open bemaling wordt het in de put vloeiende grondwater en het regenwater tot even onder de bodem van de put verwijderd. We kunnen dus geen hoge eisen stellen aan de ontwateringsdiepte. Het water wordt met behulp van op afschot gegraven greppels of ondiepe drains opgevangen en naar verzamelputten geleid. Hieruit wordt het met pompen afgevoerd, figuur 6.12. Hiervoor gebruiken we een zelfaanzuigende vuilwaterpomp. Dit type pomp wordt op grote schaal in het bouwbedrijf toegepast. Het voordeel van deze pomp is, dat hij eenvoudig te verplaatsen en in werking te stellen is. Aan de onderzijde van de zuigleiding is een zuigkorf aangebracht om te verhinderen dat stukjes hout en dergelijke in de leiding komen. De zuigbuis hangen we in een pompput of pompgat.

Ook wordt de klokpomp veel gebruikt; dit is een centrifugaalpomp met verticale as, die elektrisch wordt aangedreven. De pomp wordt met de onderkant in het water gezet of gehangen. De bodem van de pomp is van gaatjes voorzien; deze werken als een zeef. Direct boven de zeef bevindt zich de waaier, die om een verticale as draait en het water naar boven in de afvoerslang perst.

Figuur 6.12 Schematische weergave open bemaling

06950416_h06.indd 134

09-03-2005 13:11:09

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

6.2.2 Horizontale bemaling Horizontale bemaling of drainage passen we toe in sterk gelaagde bodems of bij langgerekte bouwputten zoals leidingsleuven. De drains (∅ 80–125 mm) worden met behulp van graafmachines of speciale draineermachines in sleuven onder de bouwputbodem aangebracht.

Voordeel van horizontale bemaling is dat de grondwaterstand in de omgeving van de drains sneller wordt verlaagd dan met een verticaal filter en dat we aan het maaiveld geen last hebben van allerlei leidingwerk. Omdat de drains niet veel dieper worden aangelegd dan de benodigde verlaging, wordt de hoeveelheid water die we moeten afvoeren sterk (circa 30%) beperkt ten opzichte van een verticale bemaling. Hierdoor zijn de effecten op de omgeving ook geringer. In een gelaagd profiel kunnen stabiliteitsproblemen van taluds optreden. Dit kunnen we voorkomen door de bodemlagen te doorsnijden met een drainsleuf, figuur 6.13. Indien de te bouwen constructie op staal wordt gefundeerd, moet de drainsleuf (opnieuw) voldoende worden verdicht om verzakking te voorkomen. pomp sleuf blinde buis

1

6.2.3 Verticale bemaling Verticale bemaling wordt toegepast indien de bodem van de bouwput beneden de grondwaterspiegel ligt. Vooral bij korrelachtige, dus doorlatende grondsoorten is de toestroming van water uit de bodem en de taluds zo groot, dat de open bemaling de hoeveelheid water niet kan verwerken. We verlagen de grondwaterstand door in de verschillende watervoerende lagen bronnen te slaan en deze te bemalen. Een bijkomend voordeel bij het toepassen van een bronbemaling is de mogelijkheid om de taluds van de bouwput steiler op te zetten.

Er zijn drie hoofdsystemen: 1 zwaartekrachtbemaling; 2 vacuümbemaling; 3 bemaling van putten met onderwaterpompen (diepwel of deep well). 1 Zwaartekrachtbemaling We passen een zwaartekrachtbemaling toe wanneer de ondergrond bestaat uit een doorlatend, maar gelaagd profiel. Door filters met omstorting aan te brengen, worden de storende lagen doorbroken. De filters (∅ 25–100 mm) worden vaak over de gehele lengte geperforeerd en voorzien van een haalbuis (∅ 25 mm) die diep in het filter wordt gehangen opdat we geen lucht aanzuigen. De onderzijde van de haalbuis wordt schuin afgezaagd, zodat deze zich niet aan de putbodem kan vastzuigen, figuur 6.14.

drain

drain dwarsdoorsnede

135

zuigleiding

langsdoorsnede

sleufbemaling met drain kleistop taluddrainage

bouwput

haalbuis 1" filterbuis 2" verhanglijn

2

doorsnede bouwput

3

drain in drainsleuf

filteromstorting (eventueel)

Figuur 6.13 Schematische weergave horizontale bemaling zandvang boordiameter > 2"

Figuur 6.14 Doorsnede zwaartekrachtfilter

06950416_h06.indd 135

09-03-2005 13:11:11

136

2 Vacuümbemaling Wanneer de doorlatendheid van de bodem beperkt is, gebruiken we een vacuümbemaling. Met behulp van een vacuümpomp wordt rondom het filter (∅ 25 mm) een onderdruk (vacuüm) gecreëerd. Hierdoor bereiken we een extra grote afname van de grondwaterdruk (verhang) en zal het water naar het filter toe stromen. Vacuümbemalingen hebben een positief effect op de stabiliteit van fijnkorrelige bodempakketten en dragen dus ook bij aan de stabiliteit van taluds, figuur 6.15. De maximale verlaging die met zuigsystemen kan worden bereikt is 4 à 5 meter als gevolg van de atmosferische druk en verliezen in leidingen en pompen. Wanneer we grote verlagingen (> 4 à 5 m) willen bereiken of veel water moeten verpompen, kunnen we zwaartekracht- of vacuümbemaling in meerdere ‘trappen’ aanbrengen. Hierbij wordt de volgende ring bemalingsfilters geplaatst als

door de al aangebrachte bemaling voldoende verlaging is bereikt. Dit is erg bewerkelijk en kost bovendien erg veel ruimte, figuur 6.16. 3 Onderwaterpompen Alternatief voor een meertrapsbemaling is een bemaling van putten met onderwaterpompen (diepwel of deep well). De onderwaterpompen worden ruim beneden het grondwater aangebracht in filters van ∅ 150–500 mm die zijn geplaatst in boorgaten van ∅ 250–1000 mm. De grond waarin de putten worden geplaatst, dient voldoende doorlatend te zijn, omdat sprake is van toestroming onder invloed van de zwaartekracht, figuur 6.17.

bovenleiding

kleistop persbuis filteromstorting

bovenleiding

o.w. pomp perforatie zandvang

3-8m

kleistop

Figuur 6.17 Doorsnede put met onderwaterpomp filter Ø 1"- 2''

1-2m

Een voordeel van onderwaterpompen is dat deze pompen persen. Hiermee vervallen de kwetsbare zuigleidingen. De pershoogte is vrijwel onbeperkt. Daarnaast is het werken met filters voorzien van onderwaterpompen erg bedrijfszeker en gemakkelijk te voorzien van een alarminstallatie. Diepwellen worden daarom vaak gebruikt voor spanningsbemalingen waarbij bij uitvallen van de installatie grote schade kan ontstaan als dit niet snel wordt ontdekt.

Figuur 6.15 Doorsnede vacuümfilter

persleiding pomp

zuigleiding

filter

verhanglijn per bemalingstrap gezamenlijke verhanglijn

Figuur 6.16 Doorsnede meertrapsbemaling

06950416_h06.indd 136

Plaatsing van bronnen De bronnen worden als volgt geplaatst. We hebben ons reeds vóór het ontwerpen van de bronbemaling georiënteerd omtrent de bodemgesteldheid. Bekend is dus tot welke diepte we moeten boren om bron en filter te kunnen plaatsen. We pulsen een gat door middel van boorbuizen tot op de gewenste diepte. Op diepte gekomen, wordt op de

09-03-2005 13:11:13

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

bodem van het boorgat filtergrind gestort ter dikte van 1 à 2 m. Dan plaatsen we het filter met daarop bevestigd de bronbuis. De diameter van het boorgat is, naar gelang de diepte en de te gebruiken pomp, 300 à 450 mm. Het filter, met een middellijn van 150 à 250 mm, kan worden gemaakt van geperforeerde buis met een omwikkeling van tressengaas. Na het plaatsen van het filter met de bronbuis wordt de boorbuis getrokken en wordt gelijktijdig de ruimte tussen filter en boorbuis met grind aangevuld. We storten grind tot ongeveer 1 à 2 m boven de bovenkant van het filter. Daarboven vullen we aan met uitgegraven grond. Vaak laten we het filter tot het maaiveld doorlopen; dan wordt het grind ook tot bovenaan aangevuld. In de bronbuis wordt nu de stijg- of haalbuis gehangen, die op een ringleiding aansluit met daartussen een afsluiter. Als we een onderwaterpomp willen gebruiken, moet onderaan de persbuis tot even boven de zogenaamde zandvang een elektrische pomp worden aangebracht.

6.2.4 Gevolgen van verlagingen We moeten er bij de toepassing van een bronbemaling uitdrukkelijk op letten dat er geen schadelijke gevolgen kunnen optreden voor de omgeving. Door een bronbemaling wordt namelijk de grondwaterstand tot in de wijde omtrek verlaagd. Het is dan mogelijk dat waterbronnen, bomen, beplantingen en gewassen verdrogen. Schade aan bestaande bebouwing kan optreden door zakkingen ten gevolge van de vergroting van de korrelspanning bij verlaging van de grondwaterstand; grond boven water weegt meer dan onder water! Hierdoor kunnen zettingen van samendrukbare lagen optreden. Ook kan door zetting van deze grond negatieve kleef op funderingspalen van belendingen worden veroorzaakt. Bij overschrijding van de draagkracht van deze palen kan dat zakking van het gebouw veroorzaken. Indien deze zakking gelijkmatig is, hoeft dit nog geen catastrofale gevolgen te hebben. Maar vaak is deze zetting door ongelijkmatige dikte van de samendrukbare lagen wel verschillend.

06950416_h06.indd 137

137

Andere nadelige gevolgen van bronbemaling kunnen zijn: verzilting van het oppervlaktewater waarop het uitgepompte, vaak zoute water, wordt geloosd. Ook kunnen de paalkoppen van bestaande houten paalfunderingen boven de grondwaterspiegel komen, waardoor rotting kan optreden. Genoemde schadelijke gevolgen hebben geleid tot het invoeren van een vergunningenstelsel bij het toepassen van een bronbemaling. Een vergunning wordt kan worden geweigerd of er worden strenge beperkingen opgelegd. 6.2.5 Retourbemaling Een retourbemaling wordt gebruikt om het onttrokken water weer terug de bodem in te pompen. Dit doen we om de verlagingen te compenseren bij schadegevoelige bebouwing zoals in de vorige paragraaf beschreven, of wanneer het zoutgehalte van het water te hoog is om op open water te mogen lozen, of wanneer er helemaal geen gelegenheid is om het water kwijt te raken. Als de hoeveelheid water erg groot is kan de Provincie eisen dat het water geretourneerd wordt op grond van de Grondwaterwet.

Door de retourbemaling moet, doordat bemalingswater terugstroomt naar de bouwput, (‘terugslag’ of ‘rondpompen’), meer water worden onttrokken ter plaatse van de bouwput. Als de retourbemaling te dicht bij de bouwput staat, geeft dat vaak problemen, figuur 6.18. max. 1,5 - 2,0 m compensatie (verhoging)

bouwput

verlaging (verhanglijn)

positieve bron

retourbron

zand waterremmende laag variabel

Figuur 6.18 Doorsnede principe retourbemaling

09-03-2005 13:11:13

138

Om verdroging van bomen, beplanting en gewassen te voorkomen, kunnen we bevloeien, beregenen of met ondiepe drains water aanvoeren. 6.2.6 Afdichting door injectie van de grond Om verlagingen in de omgeving te voorkomen kunnen we, behalve een waterkerende wand plaatsen, ook de onderkant van de bouwput waterkerend maken door bijvoorbeeld injecteren. Dit doen we als er geen natuurlijke afsluitende lagen zijn zoals klei en veen, of als deze niet mooi aaneengesloten in de bodem voorkomen. De methode van injectie van de grond wordt bepaald door de doorlatendheid van de grond en is alleen geschikt voor zand en grindhoudend zand. Door injecteren worden de oorspronkelijke eigenschappen van de grond gewijzigd. Het procédé is aan te passen aan de te stellen eisen. De zandkorrels kunnen aan elkaar worden gekit, zodat een eindproduct ontstaat dat op zandsteen lijkt. Ook kan in de poriën van het zandpakket een gelei worden aangebracht, die de waterdoorlatendheid sterk vermindert, maar het zandpakket niet versteent. Een gelei in de poriën van een zandpakket wordt bijvoorbeeld toegepast bij de aanleg van tunnels en kelders die onder de grondwaterstand komen te liggen. Tussen twee diepwanden of stalen damwanden brengen we een laag aan die praktisch geen water meer doorlaat. Hierdoor meng- en pompunit

ontstaat een kuip die aan de onderzijde min of meer afgesloten is, figuur 6.19. Ook met de jetgrouttechniek (zie par. 3.4.3) is een dergelijke ondoorlatende laag aan te brengen. De diepte waarop de waterafsluitende laag ligt, volgt uit de volgende eis: het gewicht van de grond vermeerderd met het gewicht van het water dat zich boven de laag bevindt, moet ten minste even groot zijn als de opwaartse druk daaronder. De gesloten bouwkuip met waterafsluitende laag wordt soms voor kelders ook als permanente constructie toegepast. Het voordeel hierbij is, dat de keldervloer niet wordt belast door een grote opwaartse waterdruk. De geringe hoeveelheid water die aan de onderzijde toestroomt, moet worden weggepompt (de poldermethode). Het nadeel hiervan is dat tot in lengte van jaren een dergelijk systeem moet blijven werken, omdat anders de boel onder water loopt.

6.3 Kelders Van oudsher werden in ons land kelders gemaakt van metselwerk. Staat een kelder in het grondwater, dan wil de bodem door de opwaartse waterdruk opbuigen. Ook de wanden ondervinden, naar gelang de waterhoogte, een kleiner 1 à 1 12- steen

g.w.s 1 à 2 klamplagen, soms een klamplaag aan de buitenkant

grondkerende wand

kim

injectiebuizen

injectielaag

Figuur 6.19 Afsluiten van de onderzijde van een bouwput door injectie

06950416_h06.indd 138

Figuur 6.20 Gemetselde kelder

09-03-2005 13:11:16

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

of groter buigend moment. Het metselwerk kan een trekspanning van enige betekenis niet opnemen. Het gewicht van de vloer zelf moet voldoende zijn om de door opbuiging ontstane trekspanning teniet te doen. Bij niet te diepe kelders was aan deze eis te voldoen, maar bij een enigszins belangrijke waterdruk zou de gemetselde keldervloer al gauw te dik worden. In figuur 6.20 zien we een verticale dwarsdoorsnede over de aansluiting van een gemetselde keldervloer op een dito kelderwand, voor een fundering op staal.

139

de waterdichtheid van de naad tussen vloer en wand en geeft extra steun voor het opnemen van de horizontale gronddruk tegen de kelderwand. Kelders moeten altijd goed geventileerd worden, figuur 6.23. Ook bij waterdichte kelders treedt een vochttransport op van buiten naar binnen. Een goede waterdichtheid vertraagt het vochttransport, maar kan het nooit volledig stoppen. Door een goede ventilatie lijkt de kelder volkomen waterdicht!

Het spreekt vanzelf dat gewapend beton het metselwerk heeft verdrongen in gevallen waarbij sprake is van een enigszins belangrijke waterdruk, zowel voor de keldervloer als voor de kelderwanden. Maar ook bij geringe waterdruk prefereren we gewapend beton; door de relatief kleine dikte van vloeren en wanden krijgen we een kleinere ontgraving en een betere waterdichtheid, figuur 6.21.

spouw, gevuld met beton

kunststof strook

kim (2 lagen)

werkvloer

Figuur 6.22 Gemetselde wand en betonvloer stekeinden stortnaad

ventilatie

werkvloer

prefab.vloer

Figuur 6.21 Kelder van gewapend beton

Indien we een kelder aanleggen boven het niveau van de hoogste grondwaterstand, is een combinatie van een betonvloer en gemetselde wanden mogelijk. We maken de wanden ten minste anderhalfsteens of tweemaal een halve steen met een spouw die we vullen met beton (eventueel voorzien van een enkel wapeningsnet), figuur 6.22. Het aanbrengen van een kim, die gelijktijdig met de vloer dient te worden gestort, verhoogt

06950416_h06.indd 139

zakwater

Figuur 6.23 Aansluiting kelder op bovenbouw

09-03-2005 13:11:18

140

Wanneer de kelder wordt gebruikt, kan dat een hoge vochtigheidsgraad met zich meebrengen, wat bij een lagere buiten- dan binnentemperatuur, condensatie tegen de koude kelderwand en -vloer kan veroorzaken.

De waterdruk aan de onderkant van de wand is gelijk aan de opwaartse druk van het water tegen de onderzijde van de vloer (5). De keldervloer moeten we berekenen op de opwaartse waterdruk (5), verminderd met het eigen gewicht van de vloer (4). De totale neerwaartse belasting van het gebouw moet uiteraard groter zijn dan de totale opwaartse waterdruk.

natuursteen of metselwerk

lood

waterafvoer

Figuur 6.24 Koekoek

Een combinatie van ventilatie en toetreding van daglicht verkrijgen we door het toepassen van een zogenaamde koekoek, figuur 6.24. De bovenkant van een koekoek wordt afgedekt met een stalen roosterwerk. De bodem van de koekoek wordt voorzien van een waterafvoer. 6.3.1 Grond- en waterdruk In figuur 6.25 zijn de belastingen aangegeven die op kelderwanden en keldervloer kunnen optreden, te weten: • een bovenbelasting (bijvoorbeeld verkeersbelasting); deze veroorzaakt een horizontale druk op de wand, groot circa 0,5 × de verticale belasting per eenheid oppervlak (1); • de grond; deze veroorzaakt een horizontale

06950416_h06.indd 140

druk op de wand ter grootte van ongeveer 0,5 × het verticale grondgewicht. Ter plaatse van de grondwaterstand neemt de horizontale druk minder snel toe, omdat grond onder water lichter is (2); • de waterdruk; deze is alzijdig, zodat we op een horizontale druk op de wand moeten rekenen, groot 1,0 × het verticale watergewicht per eenheid van oppervlakte (3).

Dit houdt in dat, na het gereed komen van de kelder, de eventueel aanwezige bronbemaling nog niet kan worden verwijderd; het totale neerwaartse gewicht is nog niet voldoende. Een evenwichtstoestand is meestal pas bereikt wanneer de tweede verdiepingvloer gereed is. De belasting van de kelder kan worden vergroot door deze gedeeltelijk te vullen met water (dit belastingsgeval moet dan ook berekend zijn!). Na het bereiken van de evenwichtstoestand kan het water worden verwijderd. 6.3.2 Kelders van gewapend beton Zoals we reeds hebben opgemerkt, zal een geheel betonnen kelderconstructie de oplossing zijn, zodra de waterdruk enige betekenis heeft. De kelderwanden geven we vaak de dikte van het bovenliggende metselwerk, hoewel dit niet altijd noodzakelijk is. Hoe dik we de wanden moeten maken is van vele factoren afhankelijk, onder andere van de hoogste grondwaterstand, van de gronddruk en de vrije hoogte van de wand. Door toename van een van deze factoren wordt ook de horizontale druk en het in de wand optredende buigende moment groter, waardoor weer meer kans op lekkage ontstaat. Zowel de sterkte als de waterdichtheid beïnvloedt de dikte van de wanden. De storthoogte speelt hierbij een belangrijke rol. Een hoge

09-03-2005 13:11:18

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

141

bovenbelasting bovenbelasting peil = 0 peil = 0

grondwaterspiegel grondwaterspiegel

beganegrondvloer beganegrondvloer 1500 1500 kelderwand kelderwand keldervloer keldervloer 3500 3500 -

1 doorsnede 1 doorsnede Figuur 6.25 Grond- en waterdruk

dunne betonwand kan moeilijk, zo niet onmogelijk, waterdicht worden uitgevoerd. De keldervloer en -wanden kunnen niet gelijktijdig als één geheel worden gestort. Niet alleen zou dit grote moeilijkheden bij de bekisting geven, maar na het storten zou door het nazakken van het beton toch een naad ter plaatse van de onderlinge aansluiting ontstaan die lekkage veroorzaakt, figuur 6.26. Kimconstructie De kim wordt in beton als volgt uitgevoerd. In de keldervloer worden ter plaatse van de kelderwanden wandstekken met voldoende laslengte aangebracht. Op de vloer wordt tevens een verhoogde rand gestort ter breedte van de wand en ter hoogte van een badding. Binnen- en buitenkist kunnen hierdoor op de juiste plaats worden vastgeklemd, figuur 6.26-3. De stortvoeg tussen de reeds verharde vloerrand en de te maken wanden eist een zorgvuldige uitvoering. Deze plaats is door de aanwezigheid van de wandstekken moeilijk schoon te maken, wat na aanbrenging van de bekisting en de wapening van de wand bijzonder belangrijk is. Er komt onderin de kist veel vuil, zand, zaagsel, binddraad en dergelijke te liggen, dat vooral bij hoge wanden moeilijk is te verwijderen. Hierdoor wordt een goede verbinding van het nog te storten beton en het bestaande beton onmogelijk en ontstaan lekken. Daarom worden wel spoelluiken

06950416_h06.indd 141

1500 1500 -

3

q waterdruk q waterdruk

3

2

2

q waterdruk q waterdruk

maaiveld maaiveld

peil = 0 peil = 0

1

1

3500 3500 -

4 5

4 5

1 = horizontale belasting tegen wand ten 1 gevolge = horizontale belastingbovenbelasting tegen wand ten van verticale gevolgeten vangevolge verticale bovenbelasting 2 = belasting van actieve groddruk 2 belasting = belasting ten gevolge van actieve groddruk 3= ten gevolge van waterdruk 3 eigen = belasting tenkeldervloer gevolge van waterdruk 4= gewicht 4 opwaartse = eigen gewicht keldervloer waterdruk tegen keldervloer 5= 5 = opwaartse waterdruk tegen keldervloer n.b. de maximale grootte van 3 is gelijk aan 5 n.b. de maximale grootte van 3 is gelijk aan 5

2 belastingschema 2 belastingschema aangebracht, maar ook dan blijft een goede controle moeilijk. Om de aanhechting te verbeteren wordt het bestaande beton aangebrand. Aanbranden beton Het aanbranden bestaat uit het in de kist brengen van een hoeveelheid cementbrij bestaande uit cement, zand en water. Deze brij wordt voor het te storten beton uitgedreven, zodat de stortvoeg en de zich daar bevindende wapening door een cementhuidje worden omgeven, waardoor een goede verbinding ontstaat. We moeten erop bedacht zijn niet te veel van deze brij in de kist te brengen, omdat hij anders door de betonspecie wordt overspoeld en dan een zwakke plek in de betonwand veroorzaakt; de brij heeft door het ontbreken van het grind namelijk een veel grotere krimp dan de normale specie.

Storten van de kelderwand Behalve de moeilijkheden die kunnen ontstaan bij de kim, wachten ons ook nog moeilijkheden bij het storten van het beton in de kist. Het is noodzakelijk door trilnaden het beton goed te

19-12-2005 11:20:03

142

stortvoeg

kim

3 2

koekoek

kelder = 1200 mm

1

kim

methode a

methode b

5

4

aansluiting nieuw op oud

6

dilatatievoeg

doorvoer

schaal 1 : 50

g.w.s.

stootplaat

hemelwaterafvoer

7

afrit

schaal 1 : 100

Figuur 6.26 Geheel betonnen kelders

06950416_h06.indd 142

09-03-2005 13:11:21

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

verdichten. Daarvoor moet voldoende ruimte tussen de dubbele wapening aanwezig zijn. Bij hoge wanden krijgen we een lange stortnaad, omdat het beton onder een hoek van ongeveer 30° blijft staan. Het is dan noodzakelijk het beton eerst over een hoogte van bijvoorbeeld een meter rondom aan te brengen. Indien de ontwikkelde lengte van de kelderwand groot is, moet er, om het beton niet te lang te laten staan, op verschillende stortplaatsen tegelijk worden gewerkt. Het te lang wachten met de aansluiting van het verse beton veroorzaakt meestal op deze naden ontmenging en/ of grindnesten. Deze zijn bijna altijd de oorzaak van lekkage. Deze lekkages kunnen in betonwanden en -vloeren alleen met de grootste moeite worden gedicht. De slechte plekken moeten worden uitgehakt en dichtgezet, waarbij krimp van de nieuw aangebrachte specie weer een rol speelt. Tegenwoordig zijn er middelen in de handel die deze krimp opheffen, maar deze zijn vrij duur. Een andere oorzaak van lekkages kan het beton zelf zijn. Een van de nadelen die aan het materiaal zijn verbonden, is het optreden van verhardingskrimp. Voor het verwerken van het beton is meer water nodig dan voor de chemische reactie noodzakelijk is. Deze extra hoeveelheid water moet uit het beton treden, waardoor dit poreus wordt en ook krimpt. Het is dus zaak de hoeveelheid water tot een minimum te beperken om krimpscheuren te voorkomen. Door gebruik te maken van (super)plastificeerders is het mogelijk om bij toepassing van een kleine hoeveelheid water toch een grote vloeibaarheid van het beton te bereiken. De verwerkingsduur is beperkt. Na het verstrijken ervan stelt zich het oorspronkelijke beton met bijbehorende consistentie weer in. Afgezien van zijn tijdelijke vloeibaarheid, veranderen de eigenschappen van het verse beton niet. Voor het verharde beton geldt dat de eigenschappen door de betere verwerkbaarheid (zelfverdichting) van het beton zelfs beter kunnen worden. Indien we geen (super)plastificeerder gebruiken, moeten we beton met een lage zetmaat gebruiken. De binding van het beton verloopt dan zo snel, dat een goede verwerking niet meer moge-

06950416_h06.indd 143

143

lijk is. Voor de uitvoering van een waterdichte betonwand is het om de eerder genoemde redenen raadzaam, de betonwand minimaal 160 mm dik te maken. Is de waterdruk groot, bijvoorbeeld 2 m, dan is een wand dunner dan 200 mm af te raden. Om de waterdichtheid van de kelder te controleren wachten we nog een tijdje met de grondaanvulling en laten de grondwaterstand langzaam opkomen. Dit kan geschieden door een aantal pompen van de bronbemaling af te zetten. Zo kunnen we de kelder controleren en eventuele lekken aan de buitenzijde van de kelderwand repareren. Dit laten opkomen van het grondwater is natuurlijk alleen mogelijk als het gewicht van het gebouw of een gedeelte daarvan voldoende is om de opwaartse druk tegen te gaan. Diverse voorzieningen De aansluiting van een kelder op de bovenbouw, bijvoorbeeld een spouwmuur, is afgebeeld in figuur 6.26-1, en in figuur 6.26-2 zien we de reeds besproken koekoek. Het liefst brengen we deze koekoeken boven grondwaterspiegel aan, omdat zij weer aanleiding geven tot een aantal stortvoegen. In de vloer van een kelder kunnen nog een aantal constructies voorkomen die enige verduidelijking vergen. In figuur 6.26-4 zien we de aansluiting van een bestaande kelder (links) met een nieuw te bouwen kelder. Bij de bouw van de eerste is met een eventuele uitbreiding rekeninggehouden. Bij de bouw van de eerste kelder is een dilatatievoegenband aangebracht die is uitgevoerd zoals in de figuur is aangegeven. Deze band, die hoofdzakelijk uit rubber bestaat, is voor de helft in het reeds bestaande bouwwerk gebetonneerd en voor de andere helft moet hij in de nieuwe vloer worden opgenomen. Deze voegenbanden zijn in verschillende vormen in de handel. In figuur 6.26-5 zien we de verdieping in een keldervloer, die noodzakelijk is voor de uitloop van een lift. Voor de aansluiting van de put aan de vloer zijn twee oplossingen gegeven. Bij methode a wordt weinig beton verbruikt, maar deze winst wordt weer tenietgedaan door de dure bekisting van de wanden, die desnoods als verloren kist kan worden uitgevoerd.

09-03-2005 13:11:21

144

Methode b wordt toegepast als de grond onder een vrij steile helling kan blijven staan; desnoods kunnen we de aanvulling gedeeltelijk in stampbeton uitvoeren. Ook hier moeten we ervoor zorgen dat de stortvoegen goed worden uitgevoerd, omdat de waterdruk, doordat de put nog dieper ligt dan de keldervloer, groot is. Het komt voor dat er in de vloer of wanden van een gewapendbetonkelder doorvoeringen moeten worden aangebracht, bijvoorbeeld de doorvoer van een cilinder ten behoeve van een hydraulische lift. In figuur 6.26-6 is een mogelijke toepassing voor een dergelijke stalen buisdoorvoer te zien. De manchetten zijn vooraf aan de buis gelast. Hierdoor wordt de door eventueel lekwater af te leggen afstand sterk vergroot, wat de kans op lekkages aanzienlijk vermindert. In figuur 6.26-7 is de doorsnede van een afrit naar de kelder getekend. We moeten eraan denken dat het hemelwater dat via de afrit naar beneden stroomt, goed wordt afgevoerd. De afmetingen van de afvoer mogen dan ook niet te klein zijn. Een ander probleem waar we hier mee te maken hebben is de mogelijkheid van opdrijven van de lichte afrit. Er staan ons verschillende oplossingen ten dienste. We kunnen de vloer van de afrit zo zwaar maken, dat de opwaartse druk geheel wordt opgenomen. We kunnen trekpalen toepassen, waarbij voor de vloer een aantal speciale aansluitingen ter plaatse van de palen zijn vereist. Ook bestaat er de mogelijkheid van het toepassen van groutankers. 6.3.3 Kelders op staal Bij een kelder op staal wordt de bovenbelasting direct op de draagkrachtige laag overgebracht. Dit kan geschieden door de gehele keldervloer mee te laten dragen, figuur 6.27, of door het aanbrengen van verzwaarde stroken, figuur 6.28. Indien we de gehele keldervloer laten meedragen, dan moeten we deze ook op een dergelijke belasting berekenen. Hiertoe dienen we het grondspanningsverloop onder de vloer te kennen. Dit spanningsverloop is onder andere afhankelijk van de zetting van de kelder en de vervorming van de vloer, figuur 6.27-1. Indien de spanning evenredig is met de indrukking van de grond, dan komt het spanningsver-

06950416_h06.indd 144

loop min of meer overeen, zoals weergegeven in figuur 6.27-2 of figuur 6.27-3. De evenredigheid van grondspanning en -zetting kunnen we als volgt vastleggen in formulevorm: σg = k · z waarin: σg = grondspanning [kN/m2] k = beddingsconstante [kN/m3] z = zetting [m] We houden een grondspanningsverloop volgens figuur 6.27-2 aan, indien de vervorming van de betonvloer relatief klein is ten opzichte van de maximale zetting van de grond. Beschouwen we de vloer als een ligger op twee steunpunten, dan geeft deze situatie het grootste buigend moment in de vloer: M = 18 ∙ σg ∙ ℓ2 = 14 ∙ F . ℓ We houden een grondspanningsverloop volgens figuur 6.27-3 aan, indien de vervorming van de betonvloer relatief groot is ten opzichte van de maximale zetting van de grond. Deze situatie geeft de grootste grondspanning (σg =

4F ) ℓ

en een kleiner moment M = 61 ∙ F ∙ ℓ . Indien we twijfelen over het verloop van de grondspanning, dan wapenen we de vloer op het grootste moment, overeenkomstig figuur 6.27-2, en controleren we de grondspanning met betrekking van de grootste waarde volgens figuur 6.27-3. Een concentratie van de neerkomende belastingen in verzwaarde stroken, figuur 6.28, kan tot een kleinere hoeveelheid wapening in de keldervloer leiden. Deze vloer is dan goedkoper. Dit kan alleen als de belastingen niet te hoog zijn (toelaatbare grondspanning) én als de vrije overspanning van de vloer niet te groot is. We storten de keldervloer op een verende ondergrond (bijvoorbeeld kunststof schuim), waardoor we de grondspanning, ter plaatse, beperken.

19-12-2005 11:20:04

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

F

[kN/m1]

F

145

[kN/m1]

schaal 1 : 100

1

z

zetting kelder / vervorming keldervloer

2

σg = 2 F [kN/m2]

3

σg = 4 F [kN/m2]

Figuur 6.27 Kelder op staal

Bij een gedeeltelijke onderkeldering van een bouwwerk krijgen we te maken met een ongelijk aanlegniveau van de kelder en het overige bouwwerk, figuur 6.29. We moeten nu rekening houden met ongelijke zettingen. Deze ongelijke zettingen worden enerzijds veroorzaakt door de ongeroerde grond naast de kelder ten gevolge van de ontgraving, anderzijds door het verschil in de beddingsconstante ter plaatse van kelder en de hoger gelegen fundering. Over het algemeen is de grond onder de kelder stijver, waardoor deze minder zal zetten. Er zijn nu twee mogelijkheden: óf we houden het bouwdeel ter plaatse van de kelder vrij van de rest van het bouwwerk (dilateren), óf we verbinden de hooggelegen fundering buigvast aan de kelder, figuur 6.29, detail A. In het laatste geval dienen we

06950416_h06.indd 145

uiteraard de funderingssloof te berekenen op het zettingsverschil, hetgeen leidt tot het toepassen van een onder- en bovenwapening. De overige betonsloven van de hooggelegen fundering krijgen alleen een onderwapening, figuur 6.29, doorsnede B. 6.3.4 Kelders op palen De palen plaatsen we onder het hart van de kelderwanden, bij kleine paalafstanden direct onder de keldervloer. Bij grote paalafstanden brengen we onder de keldervloer een verzwaarde rand aan, die berekend dient te worden op het stortgewicht van de kelderwand. Na verharding gaat de kelderwand als draagconstructie werken en brengt de kelderwand de bovenbelasting over naar de palen. Passen we een balkloze vloer toe,

09-03-2005 13:11:23

146

F

F

[kN/m1]

[kN/m1]

schaal 1 : 100 zachte kunststof platen

b

b

σg = F [kN/m2] b

Figuur 6.28 Concentratie van de belastingen

dan zijn ook ter plaatse van de middenkolommen verzwaringen (poeren) nodig om ponsen van de kolommen door de vloer te voorkomen, figuur 6.30. Bij grote overspanningen brengen we, om de vloer niet al te dik te maken, een balkenrooster aan, figuur 6.31. Indien we te maken hebben met een hoge grondwaterstand in combinatie met een relatief lichte bovenbouw, dan kan het economisch voordeliger zijn om een balkloze keldervloer te maken met een dikte van 0,60 à 0,80 m. Het alternatief zou zijn, groutankers of trekpalen toe te passen, maar dat is vaak duurder. Bij het ontwerp van een palenplan moeten we de palen onder de kelderwand zo plaatsen, dat de resultante van de bovenbelasting (G) zoveel mogelijk samenvalt met het zwaartepunt van de paalgroep (R). Indien G en R samenvallen, dan krijgen alle palen een gelijke belasting, figuur 6.32.

06950416_h06.indd 146

6.4 Meervoudig ruimtegebruik In de voorgaande paragrafen is vooral ingegaan op de technische aspecten van ondergronds bouwen. Ondergronds bouwen is echter meer dan alleen techniek: de interactie tussen technische en niet-technische aspecten neemt een belangrijke plaats in. We gebruiken de ondergrond in toenemende mate voor uiteenlopende functies, zoals transport, opslag, wonen, werken en vrijetijdsbesteding. De ontwikkelingen hierin gaan erg snel. Tot nu toe in de meeste gevallen succesvol, maar we lopen ook in toenemende mate tegen allerlei ‘probleempjes’ aan. Zoals de beperkingen van de techniek, bodemomstandigheden, financiële middelen, veiligheid en onze eigen beleving van ‘onder de grond leven’. In deze paragraaf gaan we dus de techniek even verlaten en storten we ons op het multidisciplinaire karakter van ondergronds bouwen en ondergronds ruimtegebruik. Een voorbeeld van ondergronds ruimtegebruik is gegeven in figuur 6.33.

09-03-2005 13:11:23

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS metselwerk

A

peil

147

B

systeemvloer

grondveren kelder

45°

geroerde grond ongelijke beddingsconstanten

grondveren

schaal 1 : 100

systeemvloer

metselwerk wandstekken

beugels

onder- + bovenwapening t.p.v. geroerde grond

werkvloer

detail A

schaal 1 : 20

50

200

200

doorsnede B

schaal 1 : 20

Figuur 6.29 Ongelijk aanlegniveau

06950416_h06.indd 147

09-03-2005 13:11:24

148

1

doorsnede

schaal 1 : 50

2

bovenaanzicht

schaal 1 : 50

Figuur 6.30 Balkloze vloer

6.4.1 Redenen om ondergronds te gaan We hebben Nederland aardig ‘vol’ gebouwd. Zelfs wat wij ‘landelijk gebied’ noemen heeft een wegendichtheid die tot de grootste in de wereld behoort. Daar nog wat bijbouwen geeft in toenemende mate ‘problemen’ op het gebied van ruimtelijke ordening. Dit leidt onherroepelijk tot de vraag of gebruik van de ondergrond structureel kan bijdragen aan de (her)inrichting van Nederland.

Ondergronds bouwen is daarom de laatste jaren sterk in de belangstelling gekomen. Technieken die in het buitenland technisch en economisch haalbaar bleken, zijn in Nederland geïntroduceerd. De schaarse ruimte, toenemende verkeersdrukte en de groeiende economie in de jaren negentig zorgden voor een gunstig ‘klimaat’ om dit te doen. Daarnaast biedt ondergronds bouwen voordelen vanuit maatschappelijk opzicht. We worden ons steeds meer bewust van de waarde van milieu, natuur en landschap en willen steeds meer aan-

06950416_h06.indd 148

dacht voor leefbaarheid, efficiënt ruimtegebruik, stedenbouwkunde en architectuur. In verband met deze groeiende behoefte aan kwaliteit kan ondergronds bouwen een belangrijke rol gaan spelen. 6.4.2 Wat kunnen we ondergronds? Als we willen bepalen welke rol ondergronds bouwen kan spelen, kunnen we het beste onderscheid maken in functies van ruimten die verband houden met onze menselijke activiteiten: 1 transport; 2 opslag; 3 wonen, werken en recreëren.

1 Transport Binnen deze categorie maken we onderscheid in ‘grote’ en ‘kleine’ infrastructuur. Onder de grote verstaan we tunnels voor verkeer en vervoer, eventueel weer onder te verdelen naar diepteligging of bouwmethode. Onder de kleine verstaan we kabels, buizen en leidingen, zoals post- en goederendistributie (bijvoorbeeld

09-03-2005 13:11:25

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

149

kolom

kolom peil

kelder

1

verticale doorsnede

2

bovenaanzicht keldervloer

schaal 1 : 50

Figuur 6.31 Balkenrooster

06950416_h06.indd 149

09-03-2005 13:11:25

150

bovenbelasting

of radioactief afval of opslag van olie en gas, maar ook om de goederen te beschermen, zoals bijvoorbeeld levensmiddelen. We kunnen dan in de grond extra voorzieningen treffen om bijvoorbeeld te voorkomen dat opgeslagen afval ‘weglekt’.

G

aanzicht kelderwand

palen

R Figuur 6.32 Verdelen van de paalbelasting

het Ondergronds Logistiek Systeem (OLS) van Aalsmeer-Schiphol-Hoofddorp), transport van huishoudelijk en industrieel afval (Pneumatisch Afval Transport (PAT)) en transport van olie, gas en water. 2 Opslag Een belangrijke reden voor ondergrondse opslag van goederen kan zijn dat we deze goederen van de omgeving willen isoleren: soms om de omgeving te beschermen, zoals bij industrieel

3 Wonen, werken en recreëren Deze categorie zal het meest herkenbaar zijn: hierbinnen vallen bijvoorbeeld ondergrondse parkeergarages, stations, winkelcentra, archiefruimten, militaire bunkers, concertzalen, geluidswalwoningen en de chip-industrie, maar er zijn ook ondergrondse discotheken waardoor een ‘beetje meer volume’ niet tot geluidsoverlast leidt! Bouwen ‘onder de grond’ brengt voor het ontwerp, de architectuur en bouwkundig wel een paar bijzondere aandachtspunten met zich mee: • boven de grond zijn er meestal meerdere inen uitgangen. Onder de grond is er vaak maar één weg naar boven of naar een aangrenzende ruimte waarheen we in noodsituaties kunnen vluchten; • boven de grond is de toevoer van verse lucht eenvoudig; onder de grond moet luchtverversing en de beheersing van de vochtigheid kunstmatig worden geregeld; • mensen hebben liever daglicht dan kunstlicht. Steeds vaker zie je dan ook slimme oplossingen waardoor toch daglichttoetreding plaatsvindt (periscoopachtige ramen, hoge binnenruimten die tot boven maaiveld reiken met glaswerk),

Figuur 6.33 Voorbeeld ondergronds ruimtegebruik

06950416_h06.indd 150

09-03-2005 13:11:27

6 BOUWPUTTEN EN KELDERS

waardoor we minder het idee hebben ‘begraven’ te zijn; • grond is een goede isolator voor geluid. Dit is prettig voor geluid waarvan je niet wilt dat het de ruimte inkomt of uitgaat, maar ondergronds ruimten zijn vaak ook ‘echogevoelig’. Dat is vervelend, maar kan door een slim ontwerp worden voorkomen. Daarnaast worden in de grond laagfrequente trillingen, bijvoorbeeld van treinen, juist weer erg goed gevoeld en hiermee moeten we dus bij het ontwerp rekening houden; • grond is ook een goede isolator voor temperatuur. Grond en grondwater zijn in Nederland 10 à 12 °C en de laatste jaren is Koude Warmte Opslag (KWO) als duurzame energie maatregel erg in zwang. Dit betekent dus ook dat als je met veel mensen in een ondergrondse ruimte zit, je de geproduceerde warmte (mensen, verlichting, installaties) ook moet afvoeren (want die gaat niet vanzelf of slechts heel langzaam weg); • ten slotte zijn er extra veiligheidsaspecten. Door recente ongelukken in tunnels in het buitenland is brandveiligheid een actueel thema maar ook de ‘beleving’ van de ondergrondse ruimte speelt een aparte rol. Een ondergrondse ruimte is al snel ‘enger’ dan een bovengrondse ruimte. Dat ligt niet altijd aan de ruimte zelf maar vaak aan de omgeving waarin die ruimte ligt. 6.4.3 Kenmerken van ondergronds bouwen in Nederland In Nederland is er vaak sprake van slappe bodemlagen. Als we de grond in willen, moeten we er dus rekening mee houden dat de zijwanden van een ontgraving niet zonder hulpmiddelen stabiel zijn. We moeten dan dus bijvoorbeeld damwanden, boorpalenwanden of diepwanden maken. Daarnaast betekent in Nederland ‘bouwen onder de grond’ ook bijna altijd ‘bouwen onder het grondwater’ en moeten we grondwaterstanden tot diepe niveaus verlagen of de spanning van diep grondwater onder afsluitende lagen verlagen om opbarsten van de bouwput te voorkomen.

Als we gaan graven komen we vaak ‘obstakels’ tegen zoals fossiele bomen, archeologische objecten, oude funderingen en bijvoorbeeld ook bommen en verontreinigingen. Deze vergen veel

06950416_h06.indd 151

151

extra onderzoek en brengen vaak vertraging in bouw en kosten met zich mee om deze te conserveren, onschadelijk te maken of te verwijderen. In de meeste gevallen wordt een bouwput gewoon vanaf maaiveld ontgraven. Bij kruisingen met water heeft Nederland internationaal veel aanzien verworven door het ‘afzinken’ van in bouwdokken geprefabriceerde tunnelelementen en deze methode is ook ‘op land’ toepasbaar. Daarnaast zijn er ook methoden waarbij vanaf maaiveld wordt begonnen met de bouw en dan laag voor laag de diepte in wordt gewerkt (‘topdown’- of ‘wanden-dak’-methode) Technisch gezien zijn er eigenlijk geen belemmeringen voor het bouwen van constructies onder het maaiveld; er is bijna altijd wel een technische oplossing te bedenken. De eerder genoemde ongunstige bodemomstandigheden hebben wel grote invloed op de betaalbaarheid van ondergronds bouwen. Dit betekent dat de ‘haalbaarheid’ vaak bepaald wordt door de ‘betaalbaarheid’. 6.4.4 Toekomst van ondergronds bouwen in Nederland Ondergronds bouwen schept nieuwe mogelijkheden voor het oplossen van ons ruimteprobleem. Of dit ook werkelijk gebeurt, hangt af van allerlei belangenafwegingen die niet alleen van technische, maar ook van politieke aard zijn. Hierbij worden de voorstanders vaak door de tegenstanders geconfronteerd met de volgende (schijnbare?) bezwaren: • ondergronds bouwen is duurder dan bovengronds bouwen. Dit is op zich juist, maar aan de andere kant is het heel moeilijk in geld uit te drukken wat het oplevert als je dezelfde vierkante meter twee keer gebruikt (boven en onder de grond), geen verkeersproblemen meer hebt, het milieu minder belast en bovengronds een prettigere leefomgeving in stand kunt houden; • ondergrondse bouwprojecten zijn vaak grootschalig en gaan gepaard met veel overlast (geluid, trillingen, verlagingen, zettingen, verkeershinder door afzettingen). Veel van deze hinder kan worden beperkt door slimmer te bouwen en veel van de hinder is weer verdwenen als het project ‘klaar’ is. Dit wordt niet altijd door het publiek beseft en we worden dan ook vaak

09-03-2005 13:11:27

152

geconfronteerd met tijdrovende vergunnings- en bezwaarprocedures; • de Nederlandse bodem is grillig. Grondonderzoek geeft nooit een volledig betrouwbaar beeld. Dit kan ondervangen worden door het onderzoek tactisch uit te laten voeren en vooraf te bedenken wat je moet doen als het in de praktijk anders blijkt te zijn (‘what-if’-scenario’s); • ondergrondse bouwwerken zijn veel ‘definitiever’ dan bovengrondse. Bovengronds kun je gemakkelijk iets slopen of juist uitbreiden (stukje aanbouwen), ondergronds is dat niet zo eenvoudig. Dat betekent dat we een langere periode moeten overzien dan we tot nu toe gewend zijn. Bovengronds hebben we alles vastgelegd in bestemmingsplannen, ondergronds is er maar weinig geregeld. Misschien moet er ook wel een ondergronds bestemmingsplan komen, of iets dat boven- en ondergronds combineert? Ondergronds kom je ondertussen ook al veel infrastructuur tegen, dus helemaal ‘leeg’ is het ondergronds ook niet, net zo min als het bovengronds helemaal ‘vol’ is, want Nederland is ‘maar’ voor circa 13% ‘bebouwd’; • al eerder genoemd zijn de negatieve gevoelens die door het begrip ‘ondergrond’ worden opgeroepen. De ondergrond mist een aantal dingen die we zo prettig blijken te vinden: zonlicht, uitzicht, een horizon, flora en fauna, temperatuurwisselingen en zelfs neerslag. Dit zou ertoe leiden dat we ondergrondse ruimten vermijden. Een extra uitdaging voor de architecten dus om aan deze bezwaren tegemoet te komen en daar passende oplossingen voor te bedenken en vooral om er ‘iets moois’ van te maken.

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 1 Bemaling van bouwputten. Stichting Bouwresearch (SBR), Rotterdam, 2003. 2 Inleiding Ondergronds Bouwen. Centrum Ondergronds Bouwen, COB, Gouda, 2002. 3 Veen, C. van der, E. Horvat en C. H. van Kooperen, Grondmechanica. Waltman, Delft, 1981. 4 Weele, A. F. van, Moderne funderingstechnieken. Waltman, Delft, 1981.

In een strategische studie door de TU Delft, het Centrum Ondergronds Bouwen COB, Adviesbureau DHV en de Rijks Planologische Dienst wordt geconcludeerd dat goederenvervoer, transport zonder voertuigen en opslag van olie, gas, water, gevaarlijk afval (industrieel, radioactief en chemisch) het meest geschikt lijken om ‘ondergronds’ te doen. Onder de grond wonen wordt het minst geschikt geacht. Door het COB is een speciaal op ondergronds bouwen gericht leerboek uitgebracht waarin alle mogelijkheden en onmogelijkheden tot in detail worden uitgesponnen, zie de literatuuropgave.

06950416_h06.indd 152

09-03-2005 13:11:28

7

Bodemverontreiniging en bodemsanering drs. M. Muskens

Wij Nederlanders beschouwen de bodem als een waardevol goed, met verscheidene gebruiksfuncties die in het heden en voor de toekomst dienen te worden behouden en beschermd. Ons streven is om mensen, planten, dieren en goederen te beschermen tegen verontreinigingen, nu en in de toekomst en de gebruiksfuncties van de bodem duurzaam te behouden.

06950416_h07.indd 153

09-03-2005 13:15:29

154

Inleiding De bodem heeft verschillende gebruiksfuncties: • ecologische functie: planten en bodemleven voeden zich met stoffen uit de bodem, de chemische samenstelling van de bodem bepaalt mede de typen en diversiteit van de daarin en daarop voorkomende ecosystemen; • esthetische functie: de bodem, en dan met name de vorm (geomorfologie) van de grond bepaalt mede de beleving van het landschap en de recreatie mogelijkheden; • draagfunctie: de bodem steunt gebouwen en infrastructuur, zowel op als in de grond; • landbouwfunctie: de bodem wordt gebruikt voor het telen van gewassen voor menselijke en dierlijke consumptie; • wetenschappelijke functie: de bodem bevat een historisch archief. Dit kan zowel een archeologisch als een geologisch archief zijn. Menselijke activiteiten op en in de bodem tasten de gebruiksfuncties aan. Door middel van bodemsanering worden verontreinigingen uit het verleden opgeheven, terwijl actieve bodembescherming de gebruikswaarde in de toekomst dient te verzekeren.

7.1 Wat is bodemverontreiniging? De bodem kan stoffen bevatten die schadelijk zijn voor mensen. Mensen kunnen deze stoffen door inademen, contact met de huid, door consumptie van gewassen of direct (bijvoorbeeld door te spelen met de grond) binnenkrijgen. 7.1.1 Verontreinigende stoffen Verontreinigende stoffen vallen uiteen in een aantal categorieën, ingedeeld naar stofgedrag en herkomst: • zware metalen, zoals kwik, koper, lood en zink. Deze stoffen komen van nature in de bodem voor en worden pas schadelijk boven een bepaalde concentratie; • vluchtige organische stoffen, zoals vluchtige aromaten (in benzine) en oplosmiddelen (thinner). Deze voornamelijk synthetische stoffen komen zelden van nature in de bodem voor. Deze stoffen kunnen zeer giftig zijn;

06950416_h07.indd 154

• minder tot niet-vluchtige organische stoffen, zoals teer en olieproducten. Deze stoffen zijn vaak minder schadelijk dan de vluchtige organische verbindingen, maar komen meer voor; • zeer giftige stoffen als bestrijdingsmiddelen en dioxinen; • asbest. Sommige stoffen kunnen van nature in een dermate hoog gehalte in de bodem voorkomen, dat deze bodem minder geschikt is voor gebruik als woonomgeving of voor de landbouw. Dit geldt bijvoorbeeld voor enkele plekken in de kustprovincies waar arseenhoudend grondwater omhoog komt en giftige arseenafzettingen vormt in de grond. Andere voorbeelden zijn ertsen en teerzanden. Naast deze kernstoffen kunnen vele andere stoffen de kwaliteit van de bodem beïnvloeden, of het ecosysteem verstoren, zoals chloride en sulfaat, en voedingsstoffen zoals nitraat en fosfaat, zonder dat ze direct schadelijk zijn voor mensen. Asbest Asbest is een mineraal dat van nature voorkomt in metamorfe en vulkanische gesteentes. Het bezit eigenschappen waardoor het in het verleden veelvuldig is toegepast in onder andere isolatie, dakbedekking, afvoerleidingen en vloerbedekking. Onderzoek naar longkanker heeft aangetoond dat het inademen van zeer kleine asbestvezels kankerverwekkend kan zijn. Na deze ontdekking is het gebruik van asbest in 1993 in Nederland verboden. Omdat asbest nog wel veel voorkomt in woningen, gebouwen en industriële installaties, zijn voor sloop en onderhoud hiervan strenge regels opgesteld. Indien sloop onzorgvuldig gebeurt, kan asbest in de bodem terechtkomen. Zolang de grond vochtig is, is de kans op verstuiving en inademing van asbest gering. Pas wanneer de bodem zeer droog is, of wanneer de grond wordt bewerkt, bestaat er een kans op verstuiving van de vezels. Asbest in de bodem, en dan met name als het voorkomt als losse vezels op het maaiveld, wordt tegenwoordig ook als een verontreiniging beschouwd.

09-03-2005 13:15:29

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

7.1.2 Schaal Bij de beschrijving van bodemverontreiniging wordt onderscheid gemaakt tussen diffuse verontreinigingen en puntbronnen, waarmee de schaal wordt aangegeven waarop de verontreiniging voorkomt.

155

van verontreinigd bouwmateriaal zijn potentiële puntbronnen van bodemverontreiniging. 7.1.3 Stofgedrag Bij de beschrijving van het stofgedrag van een verontreiniging wordt onderscheid gemaakt tussen: 1 mobiele verontreinigingen; 2 immobiele verontreinigingen.

7.1.2.a Diffuse verontreinigingen Diffuse verontreinigingen zijn min of meer gelijkmatig verdeeld over grote oppervlakken, en kunnen bijvoorbeeld veroorzaakt zijn door het uitbaggeren en verspreiden van verontreinigd slib van waterbodems. De ligging van Nederland aan de monding van enkele grote rivieren maken van Nederland het afvoerputje van Europa. Vroeger voerden deze rivieren grind, zand en klei mee, maar tegenwoordig worden ook schadelijke stoffen meegevoerd van de grootschalige industrieën aan de oevers van deze rivieren. Andere bekende diffuse verontreinigingen zijn de atmosferische depositie van metalen, gebruik van bestrijdingsmiddelen en historische ‘toemaakdekken’ (een mengsel van dierlijke mest en stadsvuil dat vroeger als bemesting gebruikt werd in voedingsarme gebieden rond grote steden).

1 Mobiele verontreinigingen Sommige mobiele verontreinigingen kunnen zich via het grondwater verspreiden. Een voorbeeld van zo’n mobiele stof is minerale olie. Olie is lichter dan water en drijft als het ware op de grondwaterspiegel. De verontreiniging kan zich met het grondwater door de bodem verspreiden. In een goed doorlatende grindlaag verspreidt een olieverontreiniging zich daarom snel over een groot oppervlak, terwijl een olieverontreiniging in een kleiige bodem met een zeer lage grondwaterstroomsnelheid geconcentreerd blijft rondom de plek waar de morsing plaatsvond. Het ‘puur product’ dat op de grondwaterspiegel drijft wordt een drijflaag genoemd, figuur 7.1.

7.1.2.b Puntbronnen Lekkage van olie en chemicaliën, metaalbewerking, gebruik van oplosmiddelen en het gebruik

Er bestaan ook verontreinigingen die zwaarder zijn dan water zolang ze niet zijn opgelost. Deze verontreinigingen verplaatsen zich verticaal

maaiveld lekkende tank

gasfase

zand of grind drijflaag grondwaterspiegel puur product zwaarder dan water

product in oplossing

grondwaterstroming

zaklaag

klei of veen

Figuur 7.1 Vorming van drijflaag (rechts) en zaklaag (links) van mobiele verontreinigingen in de bodem

06950416_h07.indd 155

09-03-2005 13:15:30

156

door de bodem, waarbij ze stagneren op slecht doorlatende (klei- of veen-) lagen en zaklagen vormen, figuur 7.1. Vandaar uit lossen ze langzaam op en verspreiden zich horizontaal op grote diepte met de grondwaterstroming. Een voorbeeld van dergelijke verontreinigingen zijn gechloreerde oplosmiddelen die in chemische wasserijen werden gebruikt. Deze verontreinigingen in de diepe ondergrond vormen geen direct contactgevaar, maar kunnen bijvoorbeeld een probleem gaan vormen bij drinkwatervoorziening uit grondwater en bedreigen de kwaliteit van de bodem voor toekomstige generaties. Daarnaast dampen ze langzaam uit en kunnen de lucht in kruipruimtes vergiftigen. 2 Immobiele verontreinigingen Andere verontreinigingen zijn minder oplosbaar of worden aan de klei- en humusdeeltjes in de grond gebonden, waardoor ze minder mobiel zijn. Met name metalen hechten zich aan kleien humusdeeltjes. Hoe meer klei en humus de

grond bevat, hoe beter de grond verontreinigingen met metalen kan binden. 7.1.4 Risicobeoordeling Een geval van bodemverontreiniging wordt beoordeeld op het risico dat deze verontreiniging vormt voor de mens en het ecosysteem. Dit risico wordt bepaald door een bron-pad-objectbenadering, figuur 7.2: • in de bron wordt de hoeveelheid, de concentratie en de aard en giftigheid van de verontreinigende stof beoordeeld; • vervolgens wordt gekeken welke onderdelen van het ecosysteem en/of de mens (object) kunnen worden blootgesteld aan deze stof, en wat de gevolgen zijn; • deze blootstelling kan alleen plaatsvinden indien er de mogelijkheid is van directe blootstelling, of een pad aanwezig is. Het pad is over het algemeen verspreiding door verdamping, via het grondwater of de voedselketen.

lokale bron

diffuse bron

bron verontreiniging

fysiek contact

grondwater

opname door planten

drinkwater

lucht

kruipruimtes

pad binnenatmosfeer

consumptie

object

consumptie

inademing

gezondheid

Figuur 7.2 Risicoanalyse volgens een bron-pad-object redenering

06950416_h07.indd 156

09-03-2005 13:15:31

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

Verontreinigingen kunnen direct met de mond worden ingenomen, met name door spelende kinderen. Andere stoffen kunnen door de huid heendringen. In lucht in kruipruimtes onder woningen kan ophoping ontstaan van vluchtige verontreinigingen afkomstig uit de bodem. Door het eten van gewassen afkomstig van verontreinigde grond kunnen verontreinigingen in de voedselketen komen. Verder kunnen verontreinigingen door grondwateronttrekkingen op het land of in de drinkwatervoorziening terechtkomen. Gevolgen van blootstelling Mensen kunnen ziek worden door inname van schadelijke stoffen. Na enkele gifschandalen bleken genetische afwijkingen bij ongeboren kinderen, kanker en aantasting van het zenuwstelsel tot de effecten te behoren. De relatie tussen de concentratie en de mate waarin een stof schadelijk is wordt de dosis-effectrelatie genoemd.

7.2 Milieukundig onderzoek Eventuele bodemverontreiniging tast de gebruiksmogelijkheden van een terrein aan, dus ook de waarde van het onroerend goed. Aankoop en verkoop van terreinen gaat over het algemeen gepaard met een bodemonderzoek, net als bij een bestemmingswijziging. Bij woningbouw is bodemonderzoek verplicht. Daarnaast is bij oprichting, wijziging en beëindiging van een vergunning voor potentieel bodembedreigende installaties, zoals bij brandstofverkoop en industriële bedrijven, een bodemonderzoek vereist. Een bodemonderzoek kan uit de volgende stadia bestaan, figuur 7.3: 1 vooronderzoek (inventarisatie van gegevens); 2 verkennend onderzoek; 3 nader onderzoek; 4 saneringsonderzoek; 5 bestek en uitvoering; 6 controle en nazorg. 1 Vooronderzoek Verontreinigingen worden onderzocht door monsters te nemen van de grond en het grondwater en deze te analyseren op verontreinigende

06950416_h07.indd 157

157

stoffen. Omdat er zo veel stoffen potentieel de bodem verontreinigd kunnen hebben, is het belangrijk om informatie over de historie van de locatie te achterhalen. Dit wordt het vooronderzoek genoemd. De meeste verontreinigingen zijn door de mens tijdens de afgelopen eeuw veroorzaakt en veel van deze (bedrijfsmatige) activiteiten zijn gearchiveerd bij de gemeente en soms de provincie. Daarnaast kunnen de gebruiker van de locatie en omwonenden informatie geven over calamiteiten, zoals bijvoorbeeld brand, en om de gegevens uit de archieven verifiëren. Luchtfoto’s geven informatie over sloop van gebouwen en ophoging van terreinen. Op basis van de resultaten van het vooronderzoek wordt een hypothese opgesteld voor de locatie. Hierbij worden verdachte deellocaties aangegeven, de activiteiten die op de locatie hebben plaatsgevonden en met welke stoffen er op de locatie gewerkt is. 2 Verkennend onderzoek Aan de hand van de in het vooronderzoek opgestelde hypothese wordt een boorplan opgesteld, waarbij verdachte terreindelen intensiever worden bemonsterd dan de onverdachte terreindelen. De grond kan worden bemonsterd met een simpele handboor of guts of met een mechanische boor zoals een avegaar of pulsboor. Als het nodig is om ongeroerde grondmonsters te nemen, wordt de grond bemonsterd met een steekbus of een sonische boor. Tijdens de boringen mag uiteraard geen olie of vet worden gebruikt en wordt bij voorkeur geen werkwater gebruikt. De grondopbouw wordt beschreven en verdachte kleuren en bijmengingen worden genoteerd. Grondwater wordt bemonsterd door het plaatsen van peilbuizen met een geperforeerd filter onder de grondwaterspiegel, figuur 7.4. De grond- en grondwatermonsters worden in het laboratorium geanalyseerd op ‘verdachte stoffen’, ondergebracht in standaardpakketten, met daarin de meest voorkomende verontreinigende stoffen en parameters indicatief voor bodemverontreiniging. Deze standaardpakketten kunnen worden uitgebreid al naar gelang de bevindingen van het vooronderzoek.

09-03-2005 13:15:32

158

Onderdelen • kaarten • archieven • interviews • inspecties

• veldmetingen • monstername • laboratoriumonderzoek

Fase

Resultaat

vooronderzoek (par. 7.2.1.)

hypothese voor verkennend onderzoek

verkennend onderzoek (par. 7.2.2.) indicatie voor verontreiniging ?

• veldmetingen • monstername • laboratoriumonderzoek

nee

geen milieubezwaar

ja

geen milieubezwaar

ja

geen milieubezwaar

ja aard, omvang en milieurisico's

nader onderzoek (par. 7.2.3.)

risico's acceptabel ?

nee methode van saneren en kosten

saneringsonderzoek (par. 7.2.4.)

bestek en uitvoering (par. 7.2.5.)

controle

probleem opgelost ?

nazorg

nee

Figuur 7.3 Stadia in milieukundig bodemonderzoek

06950416_h07.indd 158

09-03-2005 13:15:33

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

straatpot

stijgbuis watervoerende laag waterremmende laag filters

Figuur 7.4 Filters voor bemonstering van grondwater

Om de laboratoriummetingen te kunnen interpreteren, wordt van de grond het percentage klei en organisch stof bepaald. De referentiewaarden van bepaalde stoffen in de bodem worden berekend via deze klei- en organischstofpercentages en zogenaamde bodemtypecorrectiefactoren. Deze bodemtypecorrectiefactoren geven voor een bepaalde stof de mate aan waarin deze stof zich aan organisch stof of aan klei bindt. Als uit het verkennend onderzoek blijkt dat er sterke verontreinigingen op de locatie aanwezig zijn, moet een nader onderzoek worden uitgevoerd om de ernst en de omvang van de verontreiniging te bepalen. 3 Nader onderzoek In het nader onderzoek wordt de grond en/of het grondwater in een raster rondom de aangetroffen verontreiniging bemonsterd, net zolang tot de contouren van de verontreiniging in de grond en/of het grondwater bekend zijn. Indien de verontreiniging deel uitmaakt van een diffuse verontreiniging moet in overleg met het bevoegd gezag worden bepaald in hoeverre nader onderzoek noodzakelijk is. Gevallen van ernstige verontreiniging, zie de leestekst, moeten door de eigenaar worden gemeld bij de overheid.

06950416_h07.indd 159

159

Omvang, ernst en urgentie van bodemverontreiniging Als er verontreinigingen zijn aangetroffen op een perceel, moet worden bepaald of deze verontreinigingen gesaneerd moeten worden. Op basis van de omvang en de ernst van de verontreiniging wordt de urgentie van de verontreiniging bepaald. Omvang Als een verontreiniging kleiner is dan 25 m3 in grond of 100 m3 in grondwater, hoeft deze verontreiniging niet te worden gesaneerd. Ernst De ernst van een verontreiniging heeft te maken met de concentratie van de verontreinigende stoffen in relatie tot hun giftigheid. Hiervoor zijn door de overheid normen opgesteld: de streef- en interventiewaarden. Een geval van ernstige verontreiniging wil zeggen dat de verontreiniging met stoffen boven de interventiewaarden groter is dan 25 m3 in grond en/of 100 m3 in grondwater. Een geval van ernstige verontreiniging moet in principe altijd worden gesaneerd. NB: Voor verontreinigingen die zijn ontstaan ná 1987 geldt dat deze ook moeten worden gesaneerd als ze niet ernstig zijn. Urgentie De urgentie bepaalt wanneer de verontreiniging moet worden gesaneerd. De urgentie hangt af van een groot aantal factoren, zoals economische belangen (ontwikkeling van sociale woningbouw, eventuele bedrijfssluiting, enzovoort) en gebruik van een locatie (een verontreiniging in een tuin is urgenter dan wanneer deze op een industrieterrein ligt). Hiervoor is door de overheid een systematiek ontwikkeld, die veel ruimte laat voor politieke besluitvorming.

4 Saneringsonderzoek Tijdens het saneringsonderzoek wordt de saneringsmethode gekozen en beschreven in het saneringsplan. In het saneringsplan komen minimaal de volgende punten aan de orde: • de wijze waarop de sanering zal worden uitgevoerd;

11-03-2005 11:59:59

160

• •

de kwaliteit van de bodem na de sanering; (indien na de sanering verontreiniging in de bodem aanwezig blijft) nazorg op het terrein bij isolatie en te treffen maatregelen in verband met gebruiksbeperkingen; • een begroting van de kosten van de sanering; • (indien de verontreinigde grond zal worden afgegraven of het verontreinigde grondwater zal worden onttrokken) de bestemming van de verontreinigde grond of dat verontreinigde grondwater; • een beschrijving van de uit te voeren controlewerkzaamheden. Dit saneringsplan wordt ter goedkeuring voorgelegd aan het bevoegd gezag, dat binnen 13 weken een beschikking op het plan geeft. In de beschikking wordt aangegeven op welke termijn de sanering moet worden uitgevoerd. Dit wordt kadastraal geregistreerd. 5 Bestek en uitvoering Nadat de beschikking is afgegeven, kan het bestek worden opgesteld en de sanering worden uitgevoerd tot op de uiterste termijndatum van de beschikking. De sanering wordt gecontroleerd door een onafhankelijke milieukundige begeleider. Na beëindiging van de sanering worden het resultaat van de sanering, en eventuele gebruiksbeperkingen die een waardevermindering van de grond aangeven, bij het Kadaster geregistreerd en een saneringsevaluatie bij het bevoegd gezag ingediend. 6 Controle en nazorg Soms is het nodig om een restverontreiniging te blijven monitoren, waarbij periodieke evaluaties moeten worden opgesteld, zie het saneringsplan.

7.3 Aanpak van bodemverontreinigingen 7.3.1 Wettelijke regelingen bodemverontreiniging De aanpak van bodemverontreiniging is wettelijk geregeld in vele documenten, zoals de Wet bodembescherming, Wet verontreiniging oppervlaktewateren (Bouwstoffenbesluit), Wet

06950416_h07.indd 160

op de Ruimtelijke Ordening, Woningwet, Monumentenwet en, in Europees verband, in het Verdrag van Malta, de Kaderrichtlijn Water en waarschijnlijk binnenkort de Kaderrichtlijn Grond. Het bevoegd gezag zijn de gemeenten, en in sommige gevallen rijkswaterstaat of de provincie. Gemeentes en provincies stellen naast de bestaande landelijke regels ook vaak nog eens hun eigen beleidsregels op. Momenteel wordt door ambtenaren van diverse ministeries geprobeerd om eenvoudigere overkoepelende wetgeving op te stellen. Een grondeigenaar is tevens de eigenaar van eventuele verontreinigingen in de grond, ondanks dat deze verontreiniging al zeer oud kan zijn en niet veroorzaakt is door de huidige eigenaar. De eigenaar kan de veroorzaker van de verontreiniging aansprakelijk stellen. Dat kan bijvoorbeeld een buur zijn, of een bedrijf dat ondertussen is verhuisd naar een andere locatie. Het Kadaster registreert gevallen van ernstige bodemverontreiniging op percelen. Vroeger waren mensen zich nog niet zo bewust van de gevaren van milieuverontreiniging en was de overheid ook nog niet zo bezig met het beperken van het gebruik van milieugevaarlijke stoffen. In de loop van de jaren groeide dit besef. Juridisch is vastgelegd dat verontreinigingen die na 1987 zijn ontstaan, verwijtbaar zijn. Deze verontreinigingen dienen onmiddellijk te worden gesaneerd, waarbij de bodem zijn multifunctionele eigenschappen moet terugkrijgen, ook als de verontreinigingen niet worden aangemerkt als een ernstig geval. Van gevallen van ernstige verontreiniging die voor 1987 zijn ontstaan wordt de saneringsurgentie systematisch bepaald, waarbij er naar gestreefd wordt alle verontreinigingen voor 2030 te saneren of beheersen. De grond mag hierbij functioneel worden gesaneerd, waarbij het beoogde gebruik van de locatie bepaalt hoe schoon de bodem moet zijn. 7.3.2 Saneringsmethoden Bij een keuze van de methode van saneren wordt per geval een afweging gemaakt tussen de kosten en het resultaat, ofwel de doelmatigheid.

09-03-2005 13:15:35

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

7.3.2.a Volledige verwijdering Het volledig verwijderen van de verontreiniging door het ontgraven van de grond en/of het afpompen van verontreinigd grondwater verdient de voorkeur. De ontgraven grond wordt indien mogelijk gereinigd, bijvoorbeeld door natte reiniging, verhitting (thermische reiniging),

161

figuur 7.5, een chemische behandeling (chemische reiniging) of biologische reiniging (landfarming) figuur 7.6. Als de grond niet gereinigd kan worden, wordt deze gestort op een speciale stortplaats voor grond. Het afgepompte verontreinigde grond-

brandstof

schoorsteen

naverbrander

doekenfilter

transportbanden

verontreinigde grond

rookgasventilator

gloeitrommel

koeltrommel gereinigde grond

In figuur 7.5 is een installatie voor het reinigen van grond door verbranding afgebeeld. Bij dit type oven is er direct contact tussen de verontreinigde grond en de rookgassen, die nog een aanzienlijk deel lucht bevatten. Hierdoor worden de bodemverontreinigingen afgestoten, verdampt en met de rookgassen afgevoerd naar de naverbrander. De droogtrommel en de gloeitrommel zijn geplaatst onder een lichte helling (circa 4°) en draaien langzaam om de lengte-as. De trommels zijn voorzien van schoepen die een tegenstroom van de grond bewerkstelligen, waardoor een beter resultaat wordt bereikt. Door de ronddraaiende beweging en de lichte helling wordt de grond door de trommel getranspor-

teerd. De temperatuur in de oven bedraagt circa 700 °C. De trommels zijn dan ook bekleed met vuurvaste steen. Deze techniek is geschikt voor zandgrond, kleihoudend zand en veenhoudend zand, verontreinigd met organische stoffen zoals benzine en olie. Bij te hoge temperaturen in de gloeitrommel (> 650 °C) treedt sintering en verglazing van de grond op, terwijl alle levende organismen worden gedood. De grond verliest dan zijn ecologische waarde. Bij temperaturen lager dan 650 °C blijven de vegetatieve eigenschappen behouden en kan de grond, na bevochtiging, weer worden gebruikt.

Figuur 7.5 Processchema thermische grondreiniging

06950416_h07.indd 161

09-03-2005 13:15:37

162

overkoepeling (broeikas) watersproeiers

recirculatie (optioneel)

verontreinigde grond met micro-organismen

drain t.b.v. afvoer perkolaatwater

injectie van lucht via leiding

zand

In figuur 7.6 zien we de inrichting van een zogenaamde landfarm. Landfarming is een bodemsaneringstechniek, waarbij de afbraak van verontreinigingen door micro-organismen in de bodem wordt gestimuleerd door regelmatig beluchten en keren van de grond met behulp van landbouwwerktuigen (ploegen). Hiertoe wordt de verontreinigde grond afgegraven en op een speciaal ingericht terrein bewerkt. De afbraak wordt versneld door het toevoegen van extra zuurstof in de vorm van nitraten (kunstmest). Besproeien, zuiveren van

kunststoffolie lozingsriool evt. via W.Z.I.

het percolatiewater en het overkappen van het terrein met tuinbouwkassen bespoedigen het proces. Door het plaatsen van een tuinbouwkas wordt de temperatuur verhoogd, waardoor de afbraak door micro-organismen sneller verloopt. Ook deze techniek is geschikt voor het verwijderen van organische stoffen zoals benzine en olie. Een nadeel van deze techniek is dat vaak 1 à 2 jaar nodig is om het gewenste resultaat te bereiken.

Figuur 7.6 Landfarming

water wordt gezuiverd, figuur 7.7, en het residu verbrand of gestort.

micro-organismen komen. Dit wordt ‘in-situ’ saneren genoemd.

7.3.2.b Gedeeltelijke verwijdering Indien het niet mogelijk is om de verontreiniging geheel te verwijderen, of als dit niet doelmatig is, wordt de verontreiniging gedeeltelijk verwijderd. Hierbij wordt de kern van de verontreiniging verwijderd en blijft er een ‘stabiele’ restverontreiniging achter. Stabiel houdt in dat de verontreiniging zich niet zal verplaatsen. Door natuurlijke processen in de bodem worden de meeste verontreinigingen langzaam afgebroken. Dit natuurlijke vermogen van de grond om te herstellen kan op allerlei manieren worden vergroot, bijvoorbeeld door extra zuurstof en organisch materiaal in de grond te brengen zodat er meer

7.3.2.c Leeflaag Een leeflaag kan een oplossing zijn voor de sanering van immobiele verontreinigingen, waarbij de grond geschikt wordt gemaakt voor het beoogde gebruik door het aanbrengen van een leeflaag van schone grond. Een leeflaag is standaard een halve meter tot één meter dik, en wordt gescheiden van de verontreiniging door een signaleringsfolie. Indien grondwerk wordt uitgevoerd op een locatie met een leeflaag kan het dus nodig zijn een (aanvullende) sanering uit te voeren voordat het werk kan worden uitgevoerd. In figuur 7.8 is het leeflaagprincipe weergegeven.

06950416_h07.indd 162

09-03-2005 13:15:38

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

163

lucht naar luchtzuivering verontreinigd water sproeiers contactlichaam pomp lucht in

schoon water

striptoren

onttrekkingsbron

grondwater

injectiebron

grondwater

verontreinigd

In figuur 7.7 is een mobiele installatie afgebeeld die de bodem zuivert door het spoelen met water. Door het relatief grote specifieke oppervlak van fijne gronddeeltjes is een belangrijk deel van de verontreiniging gebonden aan deze deeltjes. Juist deze kleine deeltjes worden bij het spoelen opgezogen, waar-

door een groot deel van de verontreiniging verdwijnt. Uiteraard wordt ook bij de grotere gronddeeltjes een deel van de verontreiniging door spoeling weggehaald. Deze techniek is alleen toepasbaar bij zandgrond met een hoge horizontale doorlaatbaarheid.

Figuur 7.7 Waterzuivering met behulp van een striptoren

signaleringsfolie drain

kruipruimte met bodem afsluiting

groenstrook

huisaansluiting drain afvoer

riool

schone grond niet verontreinigd verontreinigde grond

veen isolatiescherm Nota bene: paalfundering is niet getekend

Figuur 7.8 Toepassing van een leeflaag

06950416_h07.indd 163

09-03-2005 13:15:44

164

7.3.2.d Isolatie Als alle hiervóór genoemde saneringsvarianten niet doelmatig zijn, is de laatste optie om de verontreiniging te isoleren, zodat deze zich niet kan verspreiden en er geen contactmogelijkheden zijn.

Isolatietechnieken zijn bedoeld om het effect van een verontreiniging op de omgeving tegen te gaan. Het effect op de omgeving kan bijvoorbeeld bestaan uit verspreiding via het grondwater. Een ander mogelijk effect is het fysiek contact met de verontreinigde bodem. Isolatietechnieken zijn bedoeld om dergelijke effecten tegen te gaan zonder de daadwerkelijke bron van verontreiniging te verwijderen. De volgende technieken kunnen worden toegepast, zie figuur 7.9: 1 afdekken; 2 verticale afscherming; 3 horizontale afscherming onder de verontreiniging; 4 hydrologische isolatie. 1 Afdekken Met het afdekken van de verontreiniging worden twee positieve effecten bewerkstelligd. Ten eerste

wordt de kans op fysiek contact verkleind. Ten tweede zorgt de afdekking ervoor dat er geen percolatie van regenwater plaatsvindt en dat dus de kans op uitspoelen en dus verdere verspreiding van verontreinigingen wordt verkleind. Verschillende materialen kunnen als afdekmiddel worden toegepast, bijvoorbeeld beton, asfalt, folie of natuurlijk materiaal zoals een ondoorlaatbare kleilaag. De materialen moeten voldoen aan eisen voor waterdichtheid, stofdichtheid en chemische resistentie. Er moet veel aandacht worden besteed aan de waterhuishouding onder en boven de isolatielaag. Er bestaat met name risico voor openbarsten. 2 Verticale afscherming Als een verontreiniging zich in het grondwater bevindt, kunnen we de verspreiding via grondwaterstroming tegengaan door het aanbrengen van isolerende schermen, bijvoorbeeld damwanden. Aangezien een absolute water- en stofdichtheid wordt vereist, voldoen traditionele damwanden vaak niet vanwege de lekkage door de sloten. Er zijn verscheidene alternatieven zoals verticale folies en bentonietschermen.

regen

afdekking d.m.v. folie

afvoer

verontreinigde grond

grondwaterstand

hydrologische isolatie verticale scheidingswand (verticale afscherming)

afsluitende laag (horizontale afscherming)

Figuur 7.9 Verschillende vormen van isolatie

06950416_h07.indd 164

09-03-2005 13:15:47

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

3 Horizontale afscherming onder de verontreiniging Indien een verspreiding van verontreiniging in verticale zin optreedt, dan is het noodzakelijk om onder de verontreiniging een isolerende voorziening aan te brengen. Feitelijk is hiervoor slechts één techniek beschikbaar, namelijk injectie van de ondergrond met een waterremmend middel. Deze techniek is erg duur en tevens is de effectiviteit moeilijk te garanderen. Indien er een risico voor verticale verspreiding is, wordt als isolatiemaatregel ook eerder gekozen voor hydrologische isolatie. 4 Hydrologische isolatie Hierbij wordt de grondwaterstand ter plaatse van de verontreiniging verlaagd, zodat alle grondwaterstroming naar de verontreiniging toe gericht is. Er kan dus geen verdere verspreiding via het grondwater plaatsvinden.

165

Bij deze oplossing dient continu grondwater onttrokken en gezuiverd te worden.

7.4 Bodembescherming Tegenwoordig is iedereen zich bewust van de gevaren die het gebruik van milieugevaarlijke stoffen met zich meebrengt. De bodembeschermende maatregelen die moeten worden genomen om verontreiniging te voorkomen zijn vastgelegd in de Wet bodembescherming (Wbb) en de Wet verontreiniging oppervlaktewateren (WVO). 7.4.1 Bodembeschermende voorzieningen (Wbb) In milieuvergunningen van bedrijven worden afspraken opgenomen over de opslag en het gebruik van milieugevaarlijke stoffen. Het gebruik van milieugevaarlijke stoffen wordt beperkt,

bodemafsluiting

drainagesysteem

waarnemingsfilters

stromingsrichting grondwater

Figuur 7.10 Voorbeelden van bodembeschermende maatregelen

06950416_h07.indd 165

09-03-2005 13:15:48

166

bodembeschermende voorzieningen moeten worden aangebracht en de kwaliteit van de bodem moet bekend zijn voordat er met milieugevaarlijke stoffen op een locatie mag worden gewerkt. Typische bodembeschermende maatregelen zijn het aanbrengen van vloeistofdichte vloeren in werkplaatsen, opslag van milieugevaarlijke stoffen boven lekbakken of in dubbelwandige tanks, het scheiden van industrieel afvalwater en het plaatsen van allerlei typen zuiveringsinstallaties, zoals scheidingsbakken voor olie. Enkele voorbeelden van bodembeschermende maatregelen zijn in figuur 7.10 weergegeven. 7.4.2 Bouwstoffenbesluit (WVO) In de Wet verontreiniging oppervlaktewateren is het gebruik van bouwstoffen in de bodem of het oppervlaktewater geregeld in het Bouwstoffenbesluit. Alle bouwmaterialen die voor meer dan 10% bestaan uit silicium, calcium en/of aluminium en die buiten worden toegepast vallen onder het Bouwstoffenbesluit. Het gaat hierbij dus onder andere om bakstenen, stoep-

tegels, dakpannen, puin- en metselgranulaat, AVI-bodemassen, asfalt en beton, maar ook grond valt onder het Bouwstoffenbesluit. De kwaliteit van de bouwstoffen moet voldoen aan eisen met betrekking tot het vrijkomen van verontreinigingen uit de gebruikte bouwmaterialen door contact met regen- of grondwater (‘uitlogen’). De kwaliteit van de meeste in Nederland gebruikte vormgegeven bouwmaterialen, zoals bakstenen en tegels, die in contact komen met bodem en/of water wordt door de fabrikant gecertificeerd. Voor aanbieders van niet-vormgegeven bouwstoffen zoals steenslag, granulaat, beton en asfalt is het soms lastig om hun bouwmaterialen te laten certificeren en voor aanbieders van grond geldt hetzelfde vanwege de natuurlijke variatie en de mogelijkheid van verontreinigingen in partijen bouwstoffen. Dergelijke bouwstoffen worden in dat geval gekeurd, waarbij de kwaliteit van de bouwstof wordt aangegeven in categorieën. Categorie 1 bouwstoffen vormen slechts een marginale belasting voor de ontvangende bodem en

Categorie grond

Herbruikbaarheid

Voorwaarden

Schone grond

Vrij toepasbaar op of in de bodem

• Desgevraagd gegevens binnen 1 jaar naar

Ongeïsoleerd toepasbaar onder voorwaarden

• Hergebruik melden bij bevoeg gezag • 2 werkdagen van tevoren gegevens naar bevoegd

Categorie 1

bevoegd gezag

gezag

• Ten minste 50 m3 tegelijk toepassen • Regels voor de verwerking, terugnemen en verwijderen Categorie 2

Geïsoleerd toepasbaar onder voorwaarden

• 1 maand van tevoren gegevens naar bevoegd gezag

• Ten minste 0,5 m boven gemiddeld hoogste grondwaterpeil toepassen

• Bovenzijde afdichten en controle onderhoud • Ten minste 1.000, respectievelijk 10.000 ton tegelijk toepassen

• Regels voor verwerking, terugnemen en verwijderen Niet toepasbaar

Niet toepasbaar

• Reinigen of storten

Figuur 7.11 Overzicht regelgeving hergebruik van grond

06950416_h07.indd 166

09-03-2005 13:15:48

7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

167

Categorie bouwstoffen

Herbruikbaarheid

Voorwaarden

Schone grond

Ongeïsoleerd toepasbaar onder voorwaarden

• Desgevraagd gegevens aan het bevoegd gezag tot 5 jaar na verwerken

• Regels voor verwerking, terugnemen en verwijderen Categorie 1

Geïsoleerd toepasbaar onder voorwaarden

• 1 maand van tevoren gegevens naar bevoegd gezag

• Ten minste 0,5 m boven gemiddeld hoogste grondwaterpeil toepassen

• Isolerende bovenzijde en controle onderhoud • Ten minste 1.000, respectievelijk 10.000 ton tegelijk toepassen

• Regels voor de verwerking, terugnemen en verwijderen Niet toepasbaar

Niet toepasbaar

• Reinigen of storten

Figuur 7.12 Overzicht regelgeving hergebruik van bouwstoffen

mogen ongeïsoleerd worden toegepast. Categorie 2 bouwstoffen voldoen voor één of meerdere stoffen niet aan de uitloogeisen van het Bouwstoffenbesluit en mogen dus alleen geïsoleerd worden toegepast. Voor categorie 2 bouwstoffen en voor categorie 1 grond geldt een meldingsplicht wanneer deze worden toegepast in een werk. Voor grond bestaat er een derde categorie, namelijk “schone grond”. Voor alle bouwstoffen, met uitzondering van “schone grond”, geldt een terugname plicht bij sloop. Rol van de projectontwikkelaar/ bouwkundig architect De plan- of projectontwikkelaar moet met milieuwetgeving rekening houden: • bij aankoop van terreinen: het is dan gebruikelijk een milieukundig bodemonderzoek te verlangen van de verkopende partij; • voordat een bouwvergunning wordt afgegeven door de gemeente: de projectontwikkelaar moet eerst aanwezige verontreinigingen saneren, zie par. 7.3 voor typen saneringen. Informatie over ernstige gevallen van verontreiniging is openbaar en beschikbaar bij het Kadaster en de gemeente. Mogelijk kan een sanering gefaseerd worden uitgevoerd in samenhang met bouw- of inrichtingsplannen;

06950416_h07.indd 167

• als op een locatie een (gedeeltelijke) gebruiksbeperking en/of nazorgmaatregelen rusten. Dan moet de projectontwikkelaar inventief zijn voor wat betreft de inrichting en het gebruik van deze locatie; • bij het bouwen op verontreinigingen. De projectontwikkelaar is verantwoordelijk voor de naleving van veiligheidseisen. Voor het werken met verontreinigde grond zijn Arborichtlijnen opgesteld; • bij de inrichting van bedrijven. In de milieuvergunning van bedrijven kunnen eisen aan de inrichting worden gesteld, zoals het aanbrengen van vloeistofdichte vloeren, bezinkputten, ventilatie, isolatie, enzovoort. Dergelijke milieuvoorschriften zijn generiek bepaald voor bepaalde bedrijfsactiviteiten. Alleen voor zeer grote industriecomplexen geldt dat zij momenteel een grote mate van eigen inbreng krijgen in het ontwerp van hun milieubeschermingsmaatregelen, zie par. 7.4.1); • bij naleving van het Bouwstoffenbesluit, bijvoorbeeld de eis van terugneembaarheid van bouwstoffen, zie par. 7.4.2.

09-03-2005 13:15:48

168

Aanbeveling aan planontwikkelaar Niet alleen economische factoren, maar ook de toestand van de bodem en het water dienen systematisch te worden meegewogen bij de aard en intensiteit van het bodemgebruik. Bij keuze van een planlocatie kan een (historisch) vooronderzoek inzicht geven in mogelijk aanwezige milieukundige gebruiksbeperkingen. Dergelijk vooronderzoek zou ook geotechnische, geohydrologische en archeologische inventarisaties moeten omvatten, waarbij bodemopbouw, waterpeil, archeologische vindplaatsen en historische milieubelasting aan bod komen. Voor grotere plangebieden zoals in structuuren streekplannen is dergelijk vooronderzoek en vooroverleg geformaliseerd in de watertoets en in de toekomst ook in de bodemtoets. Voor de (her)inrichting van gebieden moet de initiatiefnemer zich informeren over het effect van het plan op de waterhuishouding en het functioneren van de bodem. Hierbij moet het beoogde gebruik het functioneren van de bodem en de waterhuishouding optimaal in stand houden.

6 Janssen, C.A., Teksten Bodemregelgeving. Sdu Uitgevers, Den Haag, 2002. 7 Koning, W. de, A. de Groof, K. van Muiswinkel en R. Hakstege, Handleiding afwegingsproces saneringsdoelstelling. Ervaringen en aandachtspunten uit de saneringspraktijk voor de toepassing van ’Van trechter naar zeef‘, Sdu Uitgevers, Den Haag, 2000. 8 Koolenbrander, J.G.M, Urgentie van bodemsanering. De Handleiding. Sdu Uitgevers, Den Haag, 1995. 9 Lamé, F.P.J. en R. Bosman, Protocol voor het nader onderzoek deel 1. Sdu Uitgevers, Den Haag, 1993. 10 Langenhuijsen, M. en M. Veul, Index bodembescherming. Sdu Uitgevers, Den Haag, 2003. Normen NEN 5740: 1999, Bodem – Onderzoeksstrategie bij verkennend onderzoek – Onderzoek naar de milieuhygiënische kwaliteit van bodem en grond. NVN 5725: 1999, Bodem – Leidraad voor het uitvoeren van vooronderzoek bij verkennend, oriënterend en nader onderzoek.

Geraadpleegde en aanbevolen literatuur 1 Aan het werk met het Bouwstoffenbesluit. Een handreiking voor het werken met het Bouwstoffenbesluit. CUR i.s.m. Rijkswaterstaat en CROW, Sdu Uitgevers, Den Haag, 2001. 2 Copius Peereboom, J.W. en en L. Reijnders, Hoe gevaarlijk zijn milieugevaarlijke stoffen? Boom, Meppel/Amsterdam, 1989. 3 Copius Peereboom, J.W. en L. Reijnders, Hoe gevaarlijk zijn milieugevaarlijke stoffen? 2. Boom, Meppel/Amsterdam, 1991. 4 Gaast, N.G. van der, A.L. van der Priem, M. in ’t Veld en J.M. Wezenbeek, Richtlijn nader onderzoek deel 1 voor specifieke categorieën van gevallen van bodemverontreiniging. Sdu Uitgevers, Den Haag, 1995. 5 In ’t Veld, M., N.G. van der Gaast en J.M. Wezenbeek, Nadere onderzoeksrichtlijn Ernst, Urgentie en Tijdstipbepaling. Sdu Uitgevers, Den Haag, 1997.

06950416_h07.indd 168

19-12-2005 11:27:04

REGISTER 7 BODEMVERONTREINIGING EN BODEMSANERING

Register A aanlegbreedten 47 Ackermann-steekaparaat 32 afdekken bodemverontreiniging 164 afdichting van grond door injectie 138 afscherming, horizontale 165 afzetting, eolische 18 afzetting, fluviatiele 18, 22 afzetting, glaciale 18, 22 afzetting, mariene 22 afzetting , mariene 18 Amsterdamse methode 69 ankerstaaf, centrale 77 anorganische grondsoorten, niet-samenhangende 21 anorganische grondsoorten, samenhangende 22 Argex 120 asbest 154 avegaar 67 avegaar, schroefpaal type 77

B balkbekistingen 121 balken over palen 96 beddingsconstante 37 begane-grondvloer 93 Begemann-boring 32 Begemann-steekapparaat 31 bekisting, funderings- 121 bekisting, houten 122 belastingen 3 belastingen, permanente 3 belastingen, rekenwaarden 60, 84 belastingen, veranderlijke wind- 3 Belastingen en vervormingen (NEN 6702) 10 belastingen op keldervloer 140 belastingen op kelderwanden 140 belastingsafdracht 4 belastingsfactor 12

06950416_h07.indd 169

belastingsgevallen 3 belastingspreiding 62 belendende gebouwen 7 belendingen 42 belending op palen 9 bemaling 51 bemaling, horizontale 135 bemaling, open 134 bemaling, verticale 135 bentoniet 131 bentoniet, gestabiliseerde 133 bereikbaarheid bouwterrein 7 berggrind 22, 23, 24, 27, 28, 34 bergzand 21, 22, 23, 24, 27, 28, 34 Berliner wand 127 bestek en uitvoering bij milieukundig bodemonderzoek 160 betonbekisting, keuze en uitvoering van de 121 betondekking 45 betonmortelpomp 77 betonopzetter 70 betonpalen, in de grond gevormde 75 betonplaat, doorgaande gewapend- 47 betonsteen 44 Betonvoorschriften 45 bevriezing, tijdelijke grondverbetering door 60 bezwijkdraagkracht 60, 61, 67, 84 bezwijkdraagkracht, strokenfundering 61 bi-jetsysteem 59 biologische bodemreiniging 161 bodem, gebruiksfuncties van de 154 bodemafsluiting, stampbetonnen 94 bodemafsluiting kruipruimte 94 bodembeschermende voorzieningen 165 bodembescherming 165 bodemonderzoek 157

bodemreiniging, biologische 161 bodemreiniging, thermische 161 bodemsanering 153 bodemsaneringsmethoden 160 bodemtoets 168 bodemtypecorrectiefactoren 159 bodemverontreiniging 153, 154 bodemverontreiniging, gedeeltelijke verwijdering van 162 bodemverontreiniging, risicobeoordeling 156 bodemverontreiniging, urgentie 159 bodemverontreiniging, volledige verwijdering 161 bodemverontreinigingen, aanpak van 160 bodemverontreinigingen, onderzoek op 6 boorplan 157 boren 67 boring, Begemann- 32 boring, puls- 31 boring, spoel- 31 boringen, typen grond- 31 bouwmassa, heterogene 4 bouwplanken 112 bouwputstempeling 128 bouwput drooghouden 134 bouwrijp maken 92 bouwrijp maken van het bouwterrein 111 Bouwstoffenbesluit 166 bouwterrein, bereikbaarheid 7 bron 156 bron-padobjectbenadering 156 bronbemaling 135 bronbemaling, vergunning bij 137 bronnering 51 bruikbaarheidsgrenstoestand 11, 60, 62 buitenkist 129 bulldozer 126

19-12-2005 11:27:05

C capillair water 24 cementgrout 83 cementraam 95 centrale ankerstaaf 77 cohesie 35 consolidatie 34 consolidatieperiode 39 constructieberekening rekenvoorbeeld 100 constructiebeton 45 constructieve grenstoestand 60, 84 controle en nazorg bij milieukundig bodemonderzoek 160 conusweerstanden 5, 26

D dampdichtheid van vloeren 94 damplanken 127 damwand, stalen 127 deep well 136 diepe zand 18 dieplepel 126 diepteverdichting, grondverbetering door 55 diepwand 131 diepwel 136 dieselblok 115 diffuse verontreinigingen 155 dikspoeling 131 dilatatievoegenband 143 dimensionering van de fundering 96 doorgaande gewapendbetonplaat 47 doorvoeringen 144 dosis-effectrelatie 157 draagkracht, berekening van de 60 draagkracht, vormveranderings- 60, 62 draagkrachtfactoren 62 draagkrachtige lagen 5 draagkracht fundering 5 dragline 126 drainage 135 drainsleuf 135

06950416_h07.indd 170

drijflaag 155 drooghouden bouwput 134 drukboog met trekband 97 duinzand 21 dwarsstabiliteit 12 dywidag-staal 131

E eenzijdige fundering 48 eolische afzetting 18 ernst bodemverontreiniging 159 evenwichtsfundering 119 explosiestampers 54

F fluviatiele afzetting 18, 22 freatisch water 24 fundamentele belastingcombinaties 102 fundering, draagkracht 5 fundering, eenzijdige 48 fundering, randvoorwaarden voor een 92 fundering, uitvoering van een 91 funderingen 1 funderingen, typen 6 funderingen op staal, bestaande 55 funderingontwerp 91 funderingsbalken, prefab - 99 funderingsbekisting, isolatie 122 funderingsbekisting, uiterlijk 122 funderingsbekisting, houten 122 funderingsbekisting, PS- 96, 123 funderingsbekisting, stabiliteit 121 funderingsbekisting, sterkte 121 funderingsbekisting, stijfheid 121 funderingsbekisting, waterdichtheid 121

funderingsblok 5 funderingsconstructies op staal 43 funderingsdetails 96, 110 funderingsdimensionering 96 funderingsontwerp 92 funderingstypen 43 funderingsuitvoering 92 fundering op grondvervanging 53 fundering op kunstmatig staal 7 fundering op palen 6, 65, 108 fundering op poeren 50 fundering op staal 6, 41, 103 grondwerk 112, 113 fundering op staal, alternatieve oplossing 107 fundering op staal van gewapend beton 45 fundering op staal van metselwerk 43 fundering op zandstorting 53 funiculair water 24

G gebouwen, belendende 7 gebruiksfuncties van de bodem 154 gechloreerde oplosmiddelen 156 gedeeltelijke verwijdering van bodemverontreiniging 162 geëxpandeerde kleikorrels (Argex) 120 geleidewanden 132 gellaag 58 gemetselde kelder 138 geologie 18 geotechnische kaart 20 geotechnisch grondonderzoek 23 geschroefde stalen buispalen 82 gevelspouw 95 gewapendbetonoplanger 70 gewapendbetonopzetter 70 gewapendbetonplaat, doorgaande 47

19-12-2005 11:27:06

REGISTER

gewapendbetonpoer 51 gewapend beton 45 gewapend beton, kelders van 140 gewichtsberekening 9 gewichtsberekening beton-gietbouw 100 glaciale afzetting 18, 22 glijvlak 9 grensspanning 39 grensstuitkracht 87 grenstoestand, constructieve 60, 84 grenstoestand, grondmechanische 60, 84 grenstoestand, uiterste 10, 60, 62 grind 21 grindnesten 143 grondankers 129 grondboringen 31 gronddruk 55, 73, 140 gronddruk, horizontale 36 gronddrukcoëfficiënt, horizontale 36 gronddrukspanning 48 grondkerende wanden 127 grondkering 127 grondkering door injectie 134 grondkering door jetgrouten 134 grondmechanica 34 grondmechanische grenstoestand 60, 84 grondonderzoek 5 grondonderzoek, geotechnisch 23 grondonderzoek, milieukundig 23 grondprofiel 20 grondsamenstelling 5 grondsoorten 20 grondsoorten, niet-samenhangende, anorganische 21 grondsoorten, samenhangende, organische 22 grondspanning, verticale 34 grondspanningsberekening 108

06950416_h07.indd 171

grondspanningsverloop 144 grondverbetering door bevriezing, tijdelijke 60 grondverbetering door diepteverdichting 55 grondverbetering door injectie 57 grondverbetering door jetgrouting 58 grondverdringende palen 81 grondvervanging spaarmethode 53 grondvervanging, fundering op 53 grondwaterstand 5, 23, 42 grondwerk, fundering op staal 112, 113 groutanker 129

H haakweerstand 35 handsonderingen 27 HDI 58 heiblok 115 heidezand 21 heimachines 115 heiregister 113 heistaat 113 hellingfactoren 62 holoceen 18 hoofdwapening 45 hoogveen 22 horizontale afscherming 165 horizontale bemaling 135 horizontale gronddruk 36 houten funderingsbekisting 122 houten palen met betonopzetter 70 houten palen met gemetselde fundering 69 humus 22 hydraulische graafmachine 126 hydraulisch blok 76, 115 hydrologische isolatie 165

I in-situ saneren 162 infrastructuur, grote 148 infrastructuur, kleine 148 inheidiepte 115 injecteren 56 injectie, afdichting van grond door 138 injectie, grondkering door 134 injectie, grondverbetering door 57 injectiepaal, gekoppelde 83 injectiepaal, schroef- 83 inkassingen 80 inklinking 54 inwendige wrijving 35 isolatie bodemverontreiniging 164 isolatie funderingsbekisting 122 isolerende werkvloer 47

J jetgrouten 56 jetgrouten, grondkering door 134 jetgrouting, grondverbetering door 58

K kaart, geotechnische 20 kalenderen 115 kalenderformulieren 113 kalkzandsteenklinker 44 kantelzekerheid 12 keileem 22, 23, 27, 28, 34 kelder, gemetselde 138 kelders, ventilatie van 139 kelders op palen 145 kelders op staal 144 kelders van gewapend beton 140 keldervloer, belastingen op de 140 kelderwand, storten van de 141 kelderwanden, belastingen op de 140

19-12-2005 11:27:07

kiezelzuurverbinding 58 kim 139 Kimconstructie 141 kleef 67 kleef, negatieve 68, 85 kleef, positieve 68, 85 kleefmantelconus 26 kleefmeting 110 klei 22 kleikorrels (Argex), geëxpandeerde 120 klokpomp 134 koekoek 140, 143 koppelbalken 48, 117 koppensnellen 71 korrelspanning, verticale 34, 36 koudebruggen 95, 96 Koude Warmte Opslag (KWO) 151 kruipgaten 93 kruipluiken 93 kruipruimte 92 kruisnet 48 kurketrekker-regel 51 kwartair 18

L löss 22, 24 laadschop op luchtbanden 126 laagdikte-effect 34 laagveen 22 laboratoriumonderzoek 33 landfarming 161, 162 langsstabiliteit 12 leeflaag 162 leem 22 lijnlasten 4

M mantelvibrator 75 mariene afzetting 18, 22 meervoudig ruimtegebruik 146 metalen 156 meting van elektrische geleidbaarheid 27

06950416_h07.indd 172

middelzware sonderingen 28 milieukundig bodemonderzoek, bestek en uitvoering 160 milieukundig bodemonderzoek, controle en nazorg 160 milieukundig bodemonderzoek, nader onderzoek 159 milieukundig bodemonderzoek, saneringsonderzoek 159 milieukundig bodemonderzoek, verkennend onderzoek 157 milieukundig bodemonderzoek, vooronderzoek 157 milieukundig onderzoek 157 minder vluchtige organische stoffen 154 minerale olie 155 moment, neerbuigend 47 moment, opbuigend 47 mono-jetsysteem 59 morenen 18 mutsvulling 115

N neerbuigend moment 47 negatieve kleef 68, 85 NEN 1078 93 NEN 3680 25 NEN 5119 31 NEN 5140 25 NEN 6700 60 NEN 6702 3, 10, 60, 84, 100, 102 NEN 6740 42, 60, 87 NEN 6743 89 NEN 6744 42, 60 niet-vluchtige organische stoffen 154 normaalspanning 35

O object 156 obstakels in de bodem 7 olie, minerale 155 omvang bodemverontreiniging 159 onderblokken 57 ondergrond 17 ondergronds bouwen, aandachtspunten 150 ondergronds bouwen, mogelijkheden bij 148 ondergronds bouwen, redenen voor 148 ondergronds bouwen in Nederland, kenmerken van 151 ondergronds bouwen in Nederland, toekomst van 151 onderkeldering 145 ondermetselen 56 onderstromen 56 onderwaterpompen 136 onderzoek, milieukundig 157 ongelijke zettingen 3, 145 ontkisten 122 opbuigend moment 47 opdrijven 62, 144 open bemaling 134 oplosmiddelen, gechloreerde 156 oppervlakteverdichting 54 opslag 150 optrekkend vocht 95 organische grondsoorten, samenhangende 22 organische stoffen, minder vluchtige 154 organische stoffen, niet-vluchtige 154 organische stoffen, vluchtige 154 overkraging 49

P paalafwijkingen 117 paalband 72 paallengte 73

19-12-2005 11:27:07

REGISTER

paalmanchetten 100 paalpunt, verzwaarde 73 paalstekken 66 paalsysteem, trillingsarm 80 paalsystemen, speciale 79 paalsystemen, trillingsvrije 77 pad 156 pakking 54 pakkingsdichtheid 54 palen, grondverdringende 81 palen, in de grond gevormde 75 palenplan 109 palen met betonopzetter, houten 70 palen met gemetselde fundering, houten 69 peilbuis 23 pendulair water 24 permanente belasting 10 plastificeerders 143 platen 96 pleistoceen 18 poer, gewapendbeton- 51 poeren 5, 50, 97 poeren, fundering op 50 poldermethode 138 ponsen 48 positieve kleef 68, 85 potklei 22 Prandtl, schuifvlakken volgens 61 prefab-betonpalen 73 prefab-diepwanden 133 prefab-funderingsbalken 99 Prefunkofunderingssysteem 101 pruikheien 71 PS-funderingsbekisting 96, 123 pulsboring 31 puntbronnen 155 puntlasten 4, 21, 22, 23, 24, 27, 28, 34, 50 puntweerstand 86 puntweerstand van de grond 24

06950416_h07.indd 173

R randbekisting 121 randvoorwaarden voor een fundering 92 rekenvoorbeeld constructieberekening 100 rekenwaarden van de belastingen 60 renovatiepalen 79 retourbemaling 137 risicobeoordeling bodemverontreiniging 156 riviergrind 22 rivierklei 22 Rotterdamse methode 69 ruimtegebruik, meervoudig 146

S samendrukkingsconstante 34, 39 samendrukking van de grond 37 saneren, in situ 162 saneringsmethoden van de bodem 160 saneringsonderzoek bij milieukundig bodemonderzoek 159 saneringsplan 159 schachtafmeting 73 schachtweerstand 85 schermplanken 127 schroefboren 67 schroefinjectiepaal 83 schroefpaal type avegaar 77 schuifhout 70 schuifvlakken 61 schuifweerstand 35 schuimaggregaat (voor schuimbeton) 119 schuimbeton 119 segmentpalen 80 skelet- of spantbouw 5 slagdiagram 115 sleuven, boren van 132 sleuven, graven van 132 slipmethode 85 sondeerprofiel 20

sondering 5, 24, 115 sondering, elektrische 25 sondering, mechanische/ discontinue 25 sonderingen, diep- 28 sonderingen, hand- 27 sonderingen, middelzware 28 sonderingen, typen 26 sonderingsgrafiek 115 spaarmethode 54 spanningstrajectoriën 64 spanningswater 24 spantconstructies 5 spatkrachten 5 spoelboring 31 staalskeletbouw 8 stabiliteit funderingsbekisting 121 stalen buispalen, geheide 81 stalen buispalen, geschroefde 82 stampbeton 118 stampbetonnen bodemafsluiting 94 steekapparaat, Ackermann- 32 steekapparaat, Begemann 31 stempelramen 128 stiepen 50 stijfheid funderingsbekisting 121 stofgedrag van een verontreiniging 155 storten van de kelderwand 141 stramienlijnen 112 strokenfundering 45, 103 strokenfundering, bezwijkdraagkracht 61 strook, versterkte 47 strookbreedte 46 strookdikte 45 stroomlaag 56 stuit 67 stuitpalen 67

T Technische Grondslagen voor Bouwconstructies (TGBís)í 9 teelaarde 22

19-12-2005 11:27:08

temperatuurmeting 27 Terzaghi, wet van 39 TGB-1990 60, 84, 100 TGB‘s 9 thermische bodemreiniging 161 toemaakdekken 155 transport 148 transportwapening 73 trasraam 95 trekgolf 73 trekspanningen 46 tri-jetsysteem 59 triaxiaalproef 33 trillen 7 trillingsarm paalsysteem 80 trillingsvrije paalsystemen 77 trilmachines 54 trilplaten 113 trilwalsen 54, 113 Tubex-paal 82 Tubex-paal met groutinjectie 82

U uiterlijk funderingsbekisting 122 uiterste grenstoestand 10, 60, 62 uitlogen 166 uitvlakken 43 uitvloeiingsgesteenten 18 uitzetten van een bouwwerk 92 urgentie bodemverontreiniging 159

V valblokken 115 veldonderzoek 5, 23 ventilatiekokers, kunststof 94 ventilatie van de kruipruimte 93 ventilatie van kelders 139 veranderlijke verticale belasting 10 veranderlijke windbelasting 10 verdeelwapening 45

06950416_h07.indd 174

verdichten 44 verdichters 54 verdichtingsmachine 112 verdichtingsmethoden 54 verdichting door injecteren 7 verdichting door trillen 7 vergunning bij bronbemaling 137 verhardingskrimp 143 verkennend onderzoek bij milieukundig bodemonderzoek 157 verlagingen, gevolgen van 137 verontreinigende stoffen, categorieën 154 verontreiniging, stofgedrag van een 155 verontreinigingen, diffuse 155 verontreinigingen, immobiele 156 verontreinigingen, mobiele 155 verontreinigingsschaal 155 versnijding 43 versterkte strook 47 verstijvingsrib 46 verticale bemaling 135 verticale zakking 87 verzwaarde paalpunt 73 VHP-grouting 58 Vibro-buis 76 vlijlaag 43 vloeibeton 46, 118 vluchtige organische stoffen 154 voegoplossing 133 volledige verwijdering van bodemverontreiniging 161 volumiek gewicht 62 vooronderzoek bij milieukundig bodemonderzoek 157 voorspanstaal 73 voorzieningen, bodembeschermende 165 vormfactoren 62 vormveranderingsdraagkracht 60, 62, 67 vorstrand 47 vuilwaterpomp, zelfaanzuigende 134

W wanden van kruipruimten 95 wandwrijving 36 wapeningsberekening 108 warmteweerstand 93 water, capillair 24 water, freatisch 24 water, funiculair 24 water, pendulair 24 waterdichtheid funderingsbekisting 121 waterdoorlatendheid 39 waterdruk 140 wateroverspanning 115 waterspanning, verticale 34 waterspanningsmeting 27 watertoets 168 werkruimte 7 werkvloer 43 werkvloer, isolerende 47 werkvloer, keuze en uitvoering van de 118 Wet bodembescherming 165 wet van Terzaghi 39 Wet verontreiniging oppervlaktewateren 165, 166 windbelastingen, veranderlijke 3 wonen, werken en recreëren 150 wrijving, inwendige 35 wrijvingsgetal 26 wrijvingshoek 35 wrijvingsweerstanden 5 wrijvingsweerstand van de grond 24 wringwapening 117

Z zakking, verticale 87 zand 21 zand, diepe 18 zandkoffer 53 zandstorting, fundering op 53 zeeklei 22 zeer giftige stoffen 154 zettingen 2 zettingen, ongelijke 3, 145

19-12-2005 11:27:09

REGISTER

zettingsverschillen 2 zetting van een funderingsstrook 108 zuigboren 132 zwaartekrachtbemaling 135 zware metalen 154

06950416_h07.indd 175

19-12-2005 11:27:10

176

06950416_h07.indd 176

19-12-2005 11:27:10