Promotieonderzoek: impact diepe ontgravingen

Het promotieonderzoek van Mandy Korff (Deltares, Cambridge University) biedt inzicht in de mechanismen van de grond-gebouwinteractie bij op palen gefundeerde gebouwen naast diepe ontgravingen. Een van de conclusies is dat de voorbereidende en installatiewerkzaamheden soms meer effect hebben dan het uitgraven van de bouwput zelf. Korff pleit er dan ook voor de impact van die werkzaamheden beter mee te nemen, zodat een reëlere inschatting van de te verwachten vervormingen van de ondergrond en huizen ontstaat. 

Voor veel dichtbevolkte gebieden is ondergronds bouwen essentieel voor de kwaliteit van de bovengrondse leefomgeving. Deze projecten moeten in steeds complexere omstandigheden gerealiseerd worden, wat leidt tot diepere ontgravingen dichter bij bestaande bebouwing. Mandy Korff deed voor haar promotie aan Cambridge University onderzoek naar de grond-gebouwinteractie bij op palen gefundeerde gebouwen naast diepe ontgravingen. Ze richtte zich specifiek op oude (houten) palen in slappe bodem; een situatie die vaak voorkomt in oude steden gelegen aan water, zoals Amsterdam, New Orleans en Jakarta. Korffs studie kan gebruikt worden voor het ontwerp en de monitoring van diepe bouwprojecten in zulke gebieden.

Grootste impact
De meeste methoden om de respons van gebouwen te voorspellen, zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor boortunnels of voor gebouwen met een fundering op staal. Aan de hand van monitoringdata van de Noord/Zuidlijn heeft Korff deze methoden gevalideerd voor gebouwen op palen. In de drie onderzochte diepe ontgravingen bleken werkzaamheden voorafgaand aan de ontgraving (zoals het verleggen van kabels en het maken van de diepwand) de grootste impact op het maaiveld en de gebouwen te hebben, niet de ontgraving zelf. Het voorwerk was verantwoordelijk voor 55 tot 75 procent van de grondzakkingen en 55 tot 65 procent van de zakkingen bij gebouwen. Het onderzoek laat verder zien dat de maaiveldzakkingen achter de bouwputwanden groter zijn dan de wandvervormingen.

Rekenmodel
Korff ontwikkelde en testte een analytische methode om het gedrag van op palen gefundeerde gebouwen naast ontgravingen in kaart te brengen. De methode houdt onder meer rekening met de reductie in draagkracht als gevolg van de lagere gronddruk, zakkingen door grondvervormingen onder de paal en het ontstaan van negatieve (alsook positieve) kleef door relatieve bewegingen van de grond en de paal.

Bij grondverplaatsingen verschilt de respons van een paal met de punt in een zandlaag significant van die van een kleefpaal. De meeste palen ontlenen hun draagvermogen echter zowel aan de puntweerstand als de kleef. In het rekenmodel hangt de respons zodoende af van vele factoren: de belasting, de hoeveelheid puntweerstand en kleef van de paal, de grootte en vorm van de grondverplaatsingen per diepte en de verdeling van de maximale kleef per diepte.

Gevoelig
Met behulp van het rekenmodel heeft Korff voor een aantal gebouwen langs de Noord/Zuidlijn de relatie tussen de grond- en paalzakkingen onderzocht. Hieruit blijkt onder meer dat gebouwen zonder kelder en gebouwd vóór 1900 het meest gevoelig zijn voor grondverplaatsingen. Bij alle andere gebouwen hangt de zakking van palen vooral af van de belasting. Metingen in de Dapperbuurt laten zien dat oude houten palen zo’n veertig procent minder kleef hebben dan nieuwe houten palen. Mogelijk ontstaat er door rotting een gladde laag rondom de paal, wat invloed heeft op zowel de positieve als negatieve kleef.

Korff heeft ook gekeken naar de relatie tussen schade aan gebouwen en de grond- en paalzakkingen. Haar onderzoek laat zien dat gebouwen het meest beïnvloed worden tijdens de voorbereidende werkzaamheden. Tijdens het ontgraven vervormden de gebouwen gemiddeld minder dan tien millimeter. De impact van grondzakkingen op het gebouw hangt ook af van de relatieve stijfheid van het gebouw ten opzichte van de grond. Hiervoor heeft Korff recente methoden voor schadebeoordeling geëvalueerd, en deze blijken tot realistische resultaten te leiden.

Toepassing
Het rekenmodel kan worden toegepast bij vele soorten ondergrondse bouwactiviteiten; van diepe bouwputten en boortunnels tot het onderkelderen van huizen. Ook andere funderingen dan houten palen kunnen met het nieuwe rekenmodel worden beoordeeld. De studie biedt zodoende mogelijkheden om het ontwerpproces van bouwputten te verbeteren en de monitoring beter in te richten: nu duidelijk is dat voorbereidingen (zoals het installeren van wanden) meer impact kunnen hebben dan het ontgraven zelf, kan de monitoring hierop worden aangepast. De eerste resultaten van Korffs onderzoek zijn al opgenomen in de COB-rapportage Ontwerprichtlijn voor bouwputten in stedelijk gebied (F530). Het is de bedoeling de overige resultaten in een toekomstige vernieuwde versie van deze richtlijn op te nemen.