Duurzaam gebruik funderingen viaducten en bruggen 

In de bouw is het steeds meer gebruikelijk om bij een reconstructie, uitbreiding of complete nieuwbouw te bekijken of de reeds aanwezige paalfundering (deels) hergebruikt kan worden. In de infrastructuur daarentegen is het tot op heden nog niet eerder op grote schaal toegepast. Daar komt nu met dank aan de expertise van Fugro bij de verbreding en de verdiepte aanleg van de A9 tussen Badhoevedorp en Holendrecht (BaHo) verandering in bij in ieder geval vijf viaducten. 

“Vanwege de lastige slappe ondergrond, met name in Amstelveen, zijn wij als gerenommeerde partij door VeenIX gevraagd hen te ondersteunen met het geotechnisch grondonderzoek en -advies”, begint Diederick Bouwmeester, Manager Sector Infrastructuur bij Fugro. 

“We hebben daarvoor een analyse gedaan op het reeds aanwezige grondonderzoek en die in onze archieven”, vervolgt Bouwmeester. “Rondom Amsterdam hebben we in het verleden heel veel onderzoek gedaan. Vervolgens hebben we een en ander op een rijtje gezet en ingeschat wat er aan aanvullend grondonderzoek nodig zou zijn met sonderen en boren, om de geotechnische bodemparameters goed in beeld te krijgen. Daarnaast is bekeken of er aanvullend geologisch onderzoek nodig was. Van belang is te weten te komen of je met meerdere geologische afzettingen te maken hebt, waardoor je verschillende parametersets moet hanteren. 

In dit project heeft Fugro meer dan 2.500 locaties onderzocht met sonderen en boren. “Op basis daarvan hebben we een geotechnisch basisrapport gemaakt en een 3D-ondergrondmodel, oftewel 3D ground information model (GIM), waarmee iedereen aan de slag kan. We zijn samen met Rijkswaterstaat dan ook gesprekspartner voor de geotechniek binnen VeenIX en alle ontwerpbureaus en onderaannemers.”

Verder heeft Fugro nog een voorstel gemaakt voor het monitoringswerk, zodat tijdens de uitvoering van de grondwerkzaamheden afwijkingen door middel van zakbaken, waterspanningsmeters, inclinometers en peilbuizen nauwlettend kunnen worden gemonitord en direct geïnterpreteerd aan de ontwerpeisen.

Elf viaducten binnen het project worden gesloopt en in verbrede vorm opnieuw opgebouwd. Een eis vanuit Rijkswaterstaat was om van diverse viaducten onderdelen te hergebruiken. “In het aanbiedingsontwerp heeft VeenIX een overzicht gemaakt van de funderingen die in aanmerking kwamen voor hergebruik en waarvan de haalbaarheid gedurende het project moest worden getoetst”, zegt Johan Schuringa, Geotechnisch Consultant bij Fugro. “Het doel was om met name funderingen uit de jaren zestig en zeventig van de vorige eeuw her te gebruiken. Maar die zijn wel met andere normen uitgerekend dan waar het huidige funderingsontwerp aan moet voldoen. Er zijn speciale rekennormen opgesteld om de oude palen te toetsen, waarvan de belangrijkste voorwaarde toch wel is dat de paalbelasting met niet meer dan 15% toeneemt (zie NEN8707). Anders moet je volgens de nieuwste normen ontwerpen en dan kom je nooit uit met betrekking tot het draagvermogen van de funderingspalen. Met name omdat in 2016 de rekenregels zijn aangescherpt en de paalfactoren (voor het paalpuntdraagvermogen) met 30% zijn verlaagd.”

Bij mogelijk hergebruik van bestaande funderingspalen zal je dus eerst moeten bekijken of de paalbelasting met minder dan 15% toeneemt in de nieuwe situatie. “Dat is eigenlijk een vraag voor de constructeur”, zegt Schuringa. Inmiddels is geconcludeerd dat de paalfundering van vijf viaducten (deels) hergebruikt kan worden en heeft Fugro voor kunstwerk vier (KW4 – een viaduct aan de westkant van Amstelveen, red.) het concept al helemaal doorgerekend. Voor KW4 is intensief contact geweest tussen de constructeur en de afdeling Geotechniek van Fugro. Zo werd een inschatting gemaakt dat het totale gewicht van KW4 in de nieuwe situatie met 11% toeneemt, binnen de marges dus. Let wel, het viaduct wordt verbreed van 27,5 naar 50 meter. “De eerste horde was dus genomen, maar we kwamen vervolgens net niet uit met het paaldraagvermogen in de eerste ontwerpfase. Toch hadden we genoeg aanknopingspunten om door te gaan, omdat we altijd nog aanvullende beheersmaatregelen konden treffen.”

Als het draagvermogen niet wordt gehaald, zoals het geval is bij vrijwel alle bestaande viaducten op de A9 BaHo, is het toegestaan om bijvoorbeeld extra sonderingen uit te voeren om de homogeniteit van de ondergrond nader te bepalen. “Een sondering geeft slechts informatie over één punt. De gedachtegang achter deze maatregel is dat als je meerdere onderzoeken uitvoert (lees: sonderingen) je met meer zekerheid iets kunt zeggen over de homogeniteit van de ondergrond”, licht Bouwmeester verder toe. “In de rekenregels is daarvoor een bepaalde ξ-factor, een correlatiefactor voor het aantal grondproeven, opgenomen. Deze wordt vaak gunstiger bij meer grondonderzoek waardoor het draagvermogen ook gunstiger/beter uitpakt. Zo kan je dus extra draagvermogen toerekenen aan de bestaande paalfundering. Aanvullend grondonderzoek loont dus.”

De oude palen moeten uiteindelijk samen met de nieuwe palen de fundering voor het nieuwe en verbrede viaduct vormen.

“Oude palen zijn echter een stuk minder stijf ten opzichte van nieuwe palen, omdat ze vroeger op stuit werden geheid tot net in het pleistocene zand”, weet Schuringa. “Met de huidige rekenregels moeten de nieuwe palen een stuk dieper staan om het benodigde draagvermogen te halen. Dat zorgt voor behoorlijk wat stijfheidsverschillen in de fundering en dat kan negatief uitpakken voor de krachtenafdracht. Ook dat moet allemaal berekend worden. Daarnaast moet er rekening worden gehouden met het voorkomen van installatieschade of tijdelijke reductie van draagvermogen van de oude fundering door het aanbrengen van de nieuwe palen. Dat zijn belangrijke aandachtspunten in de uitvoering.”

Fugro had de beschikking over oude bestektekeningen uit de jaren 60/70 over hoe de viaducten gebouwd zijn en waar de palen zich bevonden. Of ze schoor geheid waren of te lood, de afmetingen en het paalpuntniveau. “De ervaring leert dat de tekeningen geen garantie bieden of het in werkelijkheid ook zo gebouwd is”, zegt Bouwmeester. “Palen die voor hergebruik in aanmerking komen, willen we goed kunnen beoordelen, zodat we zeker weten dat ze op diepte zitten tot in het pleistocene zand. Dat kan op verschillende manieren en is bij KW4 uitgevoerd door sonderingen met een zogenaamde magnetometerconus. Een speciale conus die de wapening in de paal detecteert. Daarvoor was het zaak om de sondering uit te voeren binnen een afstand van anderhalve meter van de paal. Aangezien de palen veelal schoor zijn geheid, was ook dat een kwestie van goed puzzelen. Overal waar het enigszins mogelijk was, hebben we controlesonderingen uitgevoerd en daarmee met redelijke zekerheid de gerealiseerde inheiniveaus aangetoond.” 

Uiteindelijk is het bij KW4 gelukt om alle 208 oude palen in het Definitief Ontwerp van de nieuwe fundering op te nemen. Daarmee wordt volgens Fugro ook een besparing gerealiseerd van circa 200 nieuwe palen wat overeenkomt met 1.200 ton CO₂-uitstoot (wat gelijk is aan ongeveer tien trans-Atlantische retourvluchten). Los van het feit dat elke paal die niet hoeft te worden geïnstalleerd een besparing oplevert in beton, wapening, transport en installatie: dus tijd én geld. “En dat is alleen nog maar voor KW4”, benadrukt Schuringa. “Er zijn nog vier andere viaducten waarvan de palen (deels) hergebruikt gaan worden, waaronder de brug over de Bullewijk en de brug over de Amstel.”