D 1503 Hoogbouw Montevideo te Rotterdam 2003/2005

Het hoogste woongebouw van Nederland

Betrokken partijen:

Beschrijving van het werk
Uitvoeringsperiode: 2003/2005.

Het plan omvat 192 luxe appartementen en een HealthClub met fitnessruimte en zwembad. Daarnaast is er 6.000 m² kantoorruimte aanwezig en is 1.800 m² gereserveerd voor winkels en horeca. Onder het gebouw is een tweelaagse parkeergarage gerealiseerd, goed voor 272 parkeerplaatsen. Het oppervlak van de parkeerkelder bedraagt ca. 4.200 m².

De hoogbouw is gesitueerd op de Rotterdamse Kop van Zuid naast Hotel New York en tegenover het World Port Centrum. Op korte afstand is een bestaande kademuur aanwezig, daterend uit 1880.

Boven de parkeergarage zijn drie verschillende gebouwdelen te herkennen: de Toren, de Plint en de Cantilever. De Toren is een hoge blikvanger met maar liefst 43 verdiepingen boven maaiveld en een hoogte van ca. 152 m.
De Cantilever is aan het andere einde van het gebouwcomplex gepositioneerd en is ongeveer 45 m hoog. Dit gebouwdeel kraagt ca. 16 m uit boven de bestaande kademuur. De Plint bevindt zich tussen beide voorgaande gebouwdelen in en is acht verdiepingen hoog (ca. 28 m); zie figuur D 15-27.

Figuur D 15-27
Principedoorsnede

Bij dit gebouw is sprake van een hybride draagconstructie waarmee wordt ingespeeld op de gewenste functiestapeling en de gevraagde mate van flexibiliteit. Er zijn vier stabiliteitsprincipes in het ontwerp verweven:

Het bouwpeil bedraagt 3,65 m + NAP. Het aanlegniveau van de constructies bedraagt maximaal ca. 4,0 m - NAP.

Bodemgesteldheid
Op basis van het uitgevoerde grondonderzoek kan de bodemgesteldheid globaal als volgt worden geschematiseerd:

In de ondergrond bevonden zich voorts oude funderingsresten waarmee met de uitvoering van de fundering en bouwput rekening gehouden moest worden.

Voor een representatieve sondeergrafiek zie figuur D 15-28.

Figuur D 15-28
Sondeergrafiek

Grondwatersituatie
De grondwaterstand wordt sterk beïnvloed door de rivierstand op de Nieuwe Maas. Dit betekent dat er zich afhankelijk van het seizoen grote fluctuaties voor kunnen doen.

Direct achter de kadewand staat het grondwater in directe verbinding met het buitenwater. Aan de "landzijde" zal de invloed van de stand van het buitenwater wat uitdempen en vertragen al naar gelang de afstand.

Voor het ontwerp van bouwput en fundering zijn de volgende maatgevende hoogwaterstanden aangehouden voor de stijghoogte van het diepe grondwater en de freatische grondwaterstand achter de kadewand:

Bestaande kadewand
Voor een schematische dwarsdoorsnede van de bestaande kadewand wordt verwezen naar figuur D 15-29. Hieruit blijkt dat het een betonconstructie betreft met een ontlastvloer, gefundeerd op palen. Voorts zijn een zogenoemde rijzendam en een kwelscherm toegepast. Door Gemeentewerken Rotterdam zijn er Technische Randvoorwaarden opgesteld voor het bouwen nabij kademuren. De volgende voorwaarden zijn van kracht:

Figuur D 15-29
Constructie kadewand

Ontwerp bouwput
Langs de kadewand zijn damwanden toegepast van het type Larssen 430 en langs de overige trajecten type PU 32. Het puntniveau is ca. 19,5 m - NAP.
De damwand moet horizontaal worden gesteund. Aan de waterzijde is dit niet uitvoerbaar met behulp van ankers vanwege de aanwezigheid van de kadewand, met kwelschermen en paalfundering. Daarom is gekozen voor een enkelvoudig gestempelde grondkering; zie figuur D 15-30.
Tevens is een extra stabilisering van de damwand aan de landzijde voorzien in de vorm van groutankers. Dit is noodzakelijk omdat er een belastingsituatie kan ontstaan met een hoge grondwaterstand in combinatie met een lage buitenwaterstand. De resulterende belasting kan niet door de kadewand worden opgenomen zodat aanvullende voorzieningen nodig zijn.

In de bouwput is een drainagezandlaag aangebracht in verband met de begaanbaarheid. Voor de verlaging van de grondwaterstand binnen de bouwput zijn korte filters aangebracht. Hiermee kan lekkage- en kwelwater worden afgevoerd. Hiervoor is een debiet berekend van gemiddeld ca. 50 m³ per dag.

Bij hoogwaterstanden hoger dan ca. 1,8 m + NAP is het verticale evenwicht van de bouwput niet meer gewaarborgd. Daarom is voorzien in de installatie van een spanningsbemaling. Bij extreme hoogwaterstanden is een debiet berekend van maximaal 200 m³ per uur.

Ontwerp fundering
Ter plaatse van de woontoren moet rekening worden gehouden met kolomlasten tot 30.000 kN.
Er moet worden uitgegaan van een fundering op palen. In het ontwerpstadium is toepassing van de volgende paaltypes overwogen:

Deze paaltypes hebben een relatief groot draagvermogen en kunnen vanaf een hoog werkniveau worden aangebracht.

Op basis van argumenten als grootte draagvermogen, kosten en stijfheid van de funderingselementen is uiteindelijk gekozen voor geprefabriceerde betonpalen. Vanwege de zwaarte van het heiwerk werd een voorspanningsniveau van minimaal 7 N/mm² noodzakelijk geacht.

Vooraf zijn analyses uitgevoerd met betrekking tot de te verwachten geluids- en trillingsniveaus voor de omgeving. Hieruit bleek dat een geheid funderingssysteem haalbaar zou moeten zijn.
In verband met de kwetsbaarheid van de kadewand is vastgelegd dat de palen in de zone langs de kadewand worden voorgeboord over het traject van de bovenzandlaag ter beperking van trillingen en horizontale opspanning van de grond.

De horizontale (wind)belasting wordt opgenomen door enerzijds passieve gronddruk tegen de kelderwand en wrijving langs de kelderwand en anderzijds via schijfwerking van de 2,0 m dikke funderingsplaat door de vele funderingspalen. In de dwarsrichting van de kade zijn in dit verband tevens palen onder een schoorstand van 7:1 à 15:1 aangebracht.

Mede in verband met de haalbaarheid van het heiwerk is het ontwerp van de funderingspalen voor de hoogbouw geoptimaliseerd. Hierbij is gebruik gemaakt van het positieve effect van verdichting door de groepswerking op het totale draagvermogen. Op basis van de sonderingen is voor het diepe zandpakket op een diepte van ca. 25 m - NAP een poriënvolume vastgesteld van ca. 41% bij een conuswaarde van ca. 15 MPa en een verticale korrelspanning van ca. 220 kN/m² . Er kan worden uitgegaan van een gemiddelde paaldichtheid van 5% op basis van 230 palen met een schachtafmeting van 450 mm bij een totale oppervlakte van ca. 900 m². Het poriënvolume zou hierbij dan afnemen tot 36%. Dit betekent dat de conusweerstand zou toenemen tot ca. 30 MPa. Plaatselijk is een nog grotere paaldichtheid aan de orde zodat daar de conuswaarde nog meer zou toenemen.
Veiligheidhalve is er voor het ontwerp van de drukpalen uitgegaan van de volgende vergrotingsfactoren op de conusweerstand:

Hierbij moet worden opgemerkt dat deze berekeningswijze afwijkt van de berekeningswijze volgens norm NEN 6740/NEN 6743. Dit betekent dat de juistheid van de uitgangspunten voor het ontwerp van de palen moeten worden geverifieerd op basis van achteraf te maken sonderingen. Voor trekpalen is er in CUR 2001-4 wel een dergelijke analogie van deze berekeningswijze opgenomen. In deze publicatie wordt de zogenoemde f1-factor geïntroduceerd voor het verdichtingseffect bij paalgroepen.

Het puntniveau van de palen is gekozen op 25,0 m - NAP.
Er zijn controlesonderingen voorgeschreven ter verificatie van het uiteindelijke draagvermogen.

Verder is rekening gehouden met effecten als:

Zettingen
Voor het berekenen van de te verwachten zettingen van de nieuwbouw en de omgeving zijn uitgebreide analyses uitgevoerd met zowel Plaxis als Esa Prima Win (EPW). EPW is een 3D ontwerp- en analyseprogramma voor berekening van constructies.
Met behulp van Plaxis zijn in eerste instantie de vervormingen van de ondergrond (met name de Laag van Kedichem) bepaald onder invloed van de gebouwbelasting. De hoogbouw is hierbij met een axiaal-symmetrisch model benaderd. Bij de berekeningen is de constructie geschematiseerd als zijnde een fundering op staal op een diepte van 21,0 m - NAP. De ondergrond is gemodelleerd als een zeer stijf pleistoceen zandpakket (E= 200 MPa) reikend tot 35 m - NAP met daaronder de Laag van Kedichem met een gemiddelde E-waarde van 25 MPa. Voor de gebouwbelasting is uitgegaan van een karakteristieke waarde van 340 kN/m² .
In de berekening is voorts een stijve funderingsplaat ingevoerd ter dikte van 2,0 m.
Uit de analyses kan worden geconcludeerd:

In de genoemde waarden is een aantal aspecten nog niet meegenomen:

Vervolgens zijn EPW-berekeningen uitgevoerd. Hierbij is eenzelfde model opgezet als in de Plaxis-analyses en is naar een onderling identiek vervormingspatroon gezocht. Dit is gedaan door de stijfheden van veren en plaat te variëren. Het gevonden vervormingspatroon van de Plaxis-berekening vormt dus de input voor de EPW-analyse. met het vastgestelde model wordt vervolgens een berekening gemaakt waarin ook de stijfheid van de kelderbak en de asymmetrische extra gebouwbelastingen worden meegenomen; zie ook figuur D 15-31.

Figuur D 15-31
Zetting ondergrond volgens EPW berekening (exclusief vervormingsgedrag paal)

De zakkingen van de palen onder de woontoren zijn opgebouwd uit 3 onderdelen:

De totale gebouwzakking na een periode van 30 jaar is derhalve geraamd op 110 à 160 mm. Een deel van deze zakking treedt reeds in de ruwbouwfase op.

De zettingen ter plaatse van de kadewand treden geleidelijk op en zijn berekend op een waarde van ca. 50 mm aan de voorzijde en ca. 110 mm aan de achterzijde. De hiermee gepaard gaande maximale rotaties zijn ca. 1: 1.000 in de lengterichting en ca. 1:235 in de dwarsrichting. Dit is acceptabel geacht.

Uitvoeringstechnische aspecten

De uitvoering van de bouwput- en funderingswerkzaamheden is naar wens verlopen.

Het inbrengen van de damwanden door de bestaande rijzenhouten dammen achter de kadewand heeft geen aanleiding gegeven voor grote problemen.

De funderingspalen zijn aangevoerd over het water. Het heiwerk heeft plaats gevonden vanuit een gedeeltelijk ontgraven bouwput; figuur D 15-33. Ondanks het zware heiwerk is schade aan de funderingspalen beperkt gebleven tot incidentele gevallen. Dit kon in het palenplan relatief eenvoudig worden opgelost.

Na het aanbrengen van de funderingspalen zijn controlesonderingen uitgevoerd waarmee de uitgangspunten voor de ontwerpberekeningen, onder meer het verdichtingseffect in de paalgroepen, konden worden getoetst. Op basis van de gemeten conuswaarden was een structurele verbetering c.q. verdichting van de aanwezige zandlagen waar te nemen, overwegend tot ca. 2,0 m onder het paalpuntniveau; zie voorbeeld figuur D 15-34 waar bij de nasonderingen reeds een ontgraving heeft plaats gevonden van ca. 2,5 m. De grootte van de toename van de conusweerstand door de heiverdichting kwam in het algemeen goed overeen met de verwachtingswaarden. De resultaten van de aanvullende controleberekeningen gaven dan ook geen aanleiding om het funderingsontwerp bij te stellen.

Figuur D 15-34
Heiverdichting; sonderingen vooraf en achteraf na heiwerk en gedeeltelijke ontgraving