nieuws

Grout redt Amsterdamse gebouwen

bouwbreed

Als de boormachines van de Noord-Zuidlijn de bodem van Amsterdam omwoelen, moet de bestaande bebouwing wel overeind blijven. Daarom neemt het projectbureau een groot aantal proeven om te kijken hoe de palen waarop de panden zijn gebouwd reageren op stabilisering van de bodem met grout.

Tegenover het Centraal Station van Amsterdam bevindt zich de proeftuin van Almer van der Stoel. Daar heeft de civiel ingenieur in het kader van zijn promotieonderzoek naar hartenlust palen geslagen en vervolgens de bodem eronder met grout geïnjecteerd om te kijken hoe de palen daarop reageren. Inmiddels heeft Van der Stoel alles weer netjes aangeharkt en is aan het oppervlak niets meer te zien. Op het kantoor van het projectbureau van het ontwerpbureau Noord-Zuidlijn werkt hij de meetresultaten uit. Daar is hij daar nog wel even zoet mee. Maar het duurt ook nog even voordat de tunnelboormachines voor de nieuwe Amsterdamse metrolijn de grond ingaan.

Vuistregels

Het mag dan om een proefschrift gaan, er moet niet te veel getheoretiseerd worden. De boomlange Van der stoel, die ongetwijfeld met zijn blote vuisten een paal ook nog wel tot de tweede zandlaag weet te krijgen, heeft één keer een voorspelling met behulp van de eindige elementenmethode laten uitvoeren. Maar de waarde daarvan vindt hij zelf beperkt. “Het geeft een beeld of de aannames die je doet kloppen, maar in de praktijk zijn de omstandigheden voor elke paal uniek. Ik streef vooral naar een handvol praktisch bruikbare vuistregels. Op basis daarvan nemen de aannemers die de Noord-Zuidlijn gaan bouwen de maatregelen die de schade aan de bebouwing moeten beperken. Van der Stoel betrekt vier methoden van groutinjectie in zijn onderzoek. Die staan bekend als permeation grouting, jetgrouting, fracturing en compaction grouting. De laatste twee methoden zijn compensation-grouting technieken. Tijdens het ondergrondse werk wordt op het maaiveld de zaak in de gaten gehouden. Zodra zich een verzakking voordoet, wordt onmiddellijk ingegrepen.

Hoger risico

Het zijn methoden die een wat hoger risico kennen dan de eerdere twee, maar ook aanzienlijk goedkoper zijn. Van der Stoel: “Je doet alleen iets wanneer het nodig is, anders laat je de bodem met rust.” Bij compaction grouting wordt een soort betonnen ballon in de ondergrond gevuld, in de buurt van een paalpunt, zodat de paal wat extra steun krijgt. Fracturing heeft effect op een wat groter gebied. Via een lans wordt ondergronds een laag grout ingespoten om het verzakte bouwwerk weer wat op te krikken. Doordat een heel dun mengsel van cement en water wordt toegepast, vloeit het ver weg en vormt het een dun laagje. Als er wederom behoefte aan extra steun bestaat, forceert het onderaan de lans een opening en wordt onder hoge druk een nieuw laagje eronder of boven gevormd. Zo kan op den duur een soort bladerdeegstructuur ontstaan van bodem met laagjes grout. In Nederland is nog geen enkele ervaring met deze techniek opgedaan. Wel wordt het station van Antwerpen op die manier tegen verzakken beschermd, terwijl onder het ruim een eeuw oude gebouw een metrobuis wordt aangelegd. Ook bij de Londense jubilee-line hebben Engelse aannemers veel met deze techniek gewerkt. Van der Stoel heeft dankbaar over de schouders meegekeken van collega’s uit Cambridge, die daar onderzoek naar deden. De andere twee groutmethoden worden preventief toegepast. Voordat de tunnelboormachine passeert, wordt de bodem gestabiliseerd. Dat zal gebeuren bij monumenten als de Munttoren. Bij permeation grouting worden de poriën in de bodem gevuld met grout. In feite drukt het grout het grondwater weg. Dat werkt alleen wanneer de poriën groot genoeg zijn; in andere gevallen moeten de bouwers hun toevlucht nemen tot jet-grouten. Daarbij wordt onder hoge druk grout rondom in de grond gespoten vanuit een boorstang die zich langzaam terugtrekt. Zo vormt zich een kolom. Van der Stoel heeft er in zijn proeftuin lustig op los gevarieerd met de water-cementverhouding, de druk en de diameter van de kolommen. Zelfs lucht voegde hij aan het mengsel toe om te kijken wat het beste resultaat oplevert.

Instrumenten De proeftuin van Van der Stoel in Amsterdam-Noord bestond uit achttien houten palen tot de eerste zandlaag en drie betonnen exemplaren in de tweede zandlaag. Op die palen kwam een contragewicht van totaal 870 ton aan stelcomplaten en big-bags met zand te liggen. Met vijzels konden de palen daartegen afgezet worden en kon de belasting naar believen worden opgevoerd. De palen waren voorzien van drukopnemers, verplaatsingssensoren en spiegels die met een automatische theodoliet, een ‘total station’, in de gaten werden gehouden. Ook de waterspanning in het palenveld werd op een paar punten in de gaten gehouden. Op het eind liet Van der Stoel zijn palen meestal bezwijken. “Je moet immers zeker weten dat er wat gebeurt”, aldus Van der Stoel. “Al was het maar om je ervan te vergewissen dat de meetapparatuur werkt.” Voor resultaten is het nog te vroeg, al gaf Van der Stoel op de laatste COB-middag wel wat veelbelovende uitkomsten van de proef met de groutkolommen vrij. Die bleken sterker dan gedacht. Ook een oude meerpaal, die aannemer Heymans in de grond tegenkwam, werd netjes omsloten en leverde nauwelijks een verzwakking op. Heymans voerde de proef uit. Met dergelijke palen kan naast een bouwwerk in de grond een massief worden gemaakt, waar de tunnelboormachine langs of eventueel doorheen boort. Ook denkt het ontwerpbureau Noord-Zuidlijn aan de stempeling van diepe bouwputten door korte groutkolommen naast elkaar te fabriceren.

Openbaar

Van der Stoel belooft dat niemand moeite zal hoeven doen om achter de resultaten van de proef te komen. Die zullen door het projectbureau en het Centrum Ondergronds Bouwen, dat eveneens aan de proef deelneemt, openbaar worden gemaakt. Voor zover de resultaten al niet via artikelen en het proefschrift naar buiten komen. De onderzoeker: “We gooien niet zomaar de ruwe data naar buiten, daar heeft niemand iets aan. Maar de interpretatie die ik eraan geef wordt voor iedereen toegankelijk. Dat moet ook wel, want de aannemers die straks inschrijven op het werk zullen ook een kostenraming van de maatregelen moeten maken.”

Radarmeting

Om de dikte van de groutkolommen te controleren is enkele malen een radarsensor in de verse kolommen neergelaten. Die gaven een beeld hoe succesvol het verstenen van de bodem bij de verschillende drukken en cement-water-luchtmengsels was verlopen. De kostbare radarkoppen van 30.000 gulden per stuk konden helaas niet helemaal op diepte worden gebracht, omdat het grout daar vaak al te veel was uitgehard. Maar het stelde de onderzoekers in de gelegenheid deze methode te kalibreren. Een aantal palen werd na afloop van de proef een eind uitgegraven en aan allerlei sterkteproeven onderworpen.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels