Constructies funderingen

Geschiedenis
Al sinds de Romeinse tijd worden funderingen van civiele constructies geheel of gedeeltelijk uitgevoerd in hout. Een voorbeeld hiervan is de Romeinse brug in Cuijk.

Een oude variant (rond 1250) heet een slietenfundering. Hierbij worden relatief korte palen mannetje aan mannetje geheid als een vorm van grondverbetering. Kort daarna (rond 1350) werden de eerste palen op kleef geheid.

Vanaf de zeventiende eeuw heide men palen tot in de eerste zandlaag met een Hollandse heistelling. In deze stelling hesen enkele tientallen heiers aan een touw een houten heiblok van circa 400 kilo om het vervolgens op de paalkop te laten vallen.

Rond 1850 deed de stoomhei zijn intrede. De kwaliteit van de fundering en daarmee het draagvermogen verbeterde hierdoor enorm.

Betonoplangers op de houten palen zijn vanaf 1925 toegepast.

Ook van belang zijn de gebruikte paallengtes. Des te langer de paal, des te minder houtsoorten geschikt zijn. In steden als Den Haag, Haarlem en Zaandam is de maximaal gebruikte paallengte 10 meter. Dit in schril contrast tot Rotterdam, waar wel dennen en vuren palen zijn toegepast tot 23 meter.

De geschiedenis van de heivormen en paalsoorten is belangrijk bij de inschatting van de kwaliteit van een bestaande funderingsconstructie. Overigens zijn civiele constructies over het algemeen relatief laag gefundeerd, wat inhoudt dat het bovenste funderingshout zich ruim onder de oppervlakte of grondwaterspiegel bevindt. Er treedt dus vrijwel nooit droogstand op, wat de kans op een schimmelaantasting van de houten fundering minimaliseert. Degradatie van de houten onderdelen bij civiele constructies wordt dus eigenlijk altijd veroorzaakt door bacteriën.

Inspectie
De in dit handboek beschreven inspectie van houten funderingen sluit zo veel mogelijk aan bij de NEN 8707, SBRCURnet ‘Handboek binnenstedelijke kademuren’ en SBRCURnet - F3O ‘Richtlijn houten paalfunderingen onder gebouwen - Onderzoek en beoordeling’.

De funderingsconstructies zijn lang niet altijd bereikbaar zonder de bodem (eventueel lokaal) te verlagen. De verlaging van de bodem kan worden uitgevoerd met graafmachines, zuig- en spuitpompen. Uit kostentechnische overwegingen kiest men in de meeste gevallen voor een inspectie met gespecialiseerde inspectieduikers in plaats van het droogzetten van de constructie.

[ link ]

Figuur 250. Verwijdering slib met spuitpomp

Voorkomende constructies op houten paalfunderingen
Tot ongeveer 1940 werden alle civiele constructies op palen gefundeerd. Met de komst van de betonnen paal is het gebruik van houten paalfunderingen teruggelopen. Onder bruggen en kademuren zijn houten palen tot 1960 gebruikt. Tegenwoordig worden houten palen nog steeds gebruikt voor de fundering van duikers, grotere diameters waterleiding en rioleringen.

Feit is dat er nog honderden kilometers kademuur, duizenden bruggen, gemalen, duikers, sluizen en andere waterbouwkundige werken staan gefundeerd op houten paalfunderingen. Dikwijls zijn deze constructies gebouwd om vijftig tot honderd jaar mee te gaan. Veel van deze constructies zijn al langer in gebruik, soms al eeuwen.

De houten paalfundering vormt de basis van de constructie. Het is bij dit onderdeel van belang te weten in welke toestand het zich bevindt.

[ link ]

Figuur 251. Paalfundering duiker/riolering

[ link ]

Figuur 252. Twee varianten gewichtsmuur op houten palen

[ link ]

Figuur 253. Twee varianten betonnen L-wand op houten palen

[ link ]

Figuur 254. Overbouwd talud op houten palen

[ link ]

Figuur 255. Brug op houten palen (langs en dwarsdoorsnede)

[ link ]

Figuur 256. Sluishoofd

[ link ]

Figuur 257. Detail sluishoofd-beschermde bodem

Balkhout
Balkhout dat in de langsrichting van de constructie is gepositioneerd, heet watersloof of langsligger. In de dwarsrichting heet het een kesp. Verbindingen tussen balkhout en de palen komen voor als pen-gatverbinding en als hakkelboutverbinding. Een hakkelbout is een grote nagel veelal uitgevoerd met weerhaken. Een andere benaming voor hakkelbout is takbout.

Kwelschermen
Kwelschermen zijn schermen tegen onder- en achterloopsheid bij sluizen. Grondkerende schermen bevinden zicht onder landhoofden van bruggen en onder kademuren. Alhoewel kwelschermen over het algemeen moeilijker bereikbaar zijn dan grondkerende schermen, is de wijze van beoordeling gelijk. Het grondkerende scherm van op houten palen gefundeerde kademuren, land- en sluishoofden bestaat in verreweg de meeste gevallen uit houten damwandplanken, gekoppeld met een messing en groef. Aan de bovenzijde is het houten scherm bevestigd aan de palen, de langsligger of de kesp. Minder voorkomende constructies zijn horizontale planken of betonnen damwandplanken. Na 1950 zijn ook stalen damwanden toegepast als grondkerend scherm. De gebruikte houtsoorten zijn voornamelijk loofhoutsoorten als azobé, maar er zijn ook wel grondkerende schermen van naaldhout en andere houtsoorten. Deze laatste zijn wat dikker.

Sluisvloeren
Bij houten sluisvloeren bestaat het risico van opdrijven (omhoog komen), zeker bij het droogzetten van de sluis. Daarom werd de houten vloer opgesloten tussen de kespen en de zwalpen (dikke aan elkaar gekoppelde balken die de twee vloerlagen verbinden). Koppeling vond plaats door houten treknagels, houtdraadbouten of zwaluwstaartverbinding. Tussen of over de zwalpen is veelal metselwerk aangebracht. Dit maakt de inspectie van de toestand van de houten onderdelen vrijwel onmogelijk zonder de vloer open te breken. Voor eventueel droogzetten (inspectie of restauratie) moet het uitgangspunt zijn dat de verbinding niet meer voldoet en dat de kans op opdrijven reëel is. Pas daarom ballast toe.

Aandachtspunten inspectie algemeen

In de praktijk blijkt regelmatig dat funderingen onder de constructie er heel anders uitzien dan op tekening is weergegeven. Voorbeelden van afwijkingen zijn hart-op-hartafstanden (x en y), schoorstand, paaldiameters, houtsoorten, (spreiding van de) afmetingen van de afzonderlijke onderdelen en het percentage dat de paal draagt. Het is zaak dit goed in te meten en te onderzoeken. Neem het op in de inspectietekenset van het object.
Noteer de omstandigheden waarin het funderingshout zich bevindt. Zoet, brak of zout water, de dekking van grond- of oppervlaktewater, soort grond en hoeveelheid slib.
Let op aangetaste delen van het te inspecteren hout. Mogelijke schadebeelden zijn: zacht en verkleurd hout, afgebrokkelde of geërodeerde randen en boordergangen.
Noteer naast aantastingspatronen overige schades die van invloed zijn op de sterkte van de constructie. Breuk, scheuren, barsten, enzovoort.
Let ook op de bovenliggende constructie. Zichtbare scheefstanden en vervorming, scheurvorming, bol staand metselwerk en verzakkingen in het maaiveld (ook herstelde bestrating) zijn voorbeelden van indicatoren die duiden op het mogelijk falen van houten funderingsonderdelen.
Verlaging van het oppervlaktewater heeft soms (langdurige) droogstand tot gevolg. Door de droogstand ontstaat vaak een sneller proces van aantasting.
Het funderingshout aan de waterzijde is over het algemeen veel gemakkelijker bereikbaar dan het funderingshout aan de landzijde. Daarnaast leert de ervaring dat het funderingshout aan de waterzijde verder is aangetast dan de palen aan de landzijde van de constructie, zeker indien de bovenzijde van de fundering vrij in het water staat. Deze ervaring is opgedaan bij enkele onderzoeken. In geval van anaerobe bacteriën kan dit theoretisch ook omgekeerd zijn.

Aandachtspunten inspectie houten palen

Indringingsmetingen (met Specht/Pilodyn) 6-10 stuks per paal op een oppervlak ter grootte van een hand. Hoogte 10-15 centimeter onder de kop van de paal.
[ link ]
Figuur 258. Ogenschijnlijk niet aangetaste funderingspaal
De verbinding tussen de paal en de bovenliggende constructie is van belang: is het een pen-gatverbinding of een hakkelboutverbinding. Bij een betonnen vloer is de mate van instorting belangrijk.
[ link ]
[ link ]
[ link ]
Figuur 259. Verbinding tussen paal en bovenliggend balkhout
Let op de excentriciteit van de aangetroffen palen. In hoeverre staat een paal onder de bovenliggende constructie. Mogelijke oorzaken van excentriciteit zijn bouwfout, afschuiving, verplaatsing van de paal door mechanische oorzaak of houtrot.
De ervaring leert dat de palen aan de buitenzijde verder zijn aangetast dan de palen aan de binnenzijde van de constructie, zeker indien de koppen van de palen vrij in omgevingswater staan. Deze ervaring is opgedaan bij slechts enkele onderzoeken. Bij anaerobe bacteriën kan dit theoretisch ook omgekeerd zijn.
Ruimte tussen de paalkop en de kesp duidt op negatieve kleef, in combinatie met een onvoldoende weggeheide paal.
[ link ]
Figuur 260. Ruimte tussen paalkop en kesp
Een langsligger rust veelal slechts op een gedeelte van een schoorpaal. Uit de kop van de schoorpaal is dan een hoek gezaagd waarin de langsligger rust. Hierbij worden relatief veel bouwfouten aangetroffen. Hou bij de beoordeling van houtrot in de paal rekening met het relatief kleinere oppervlak waarop de ligger rust. Let ook op de kwaliteit van de verbinding tussen schoorpaal en kesp, vaak een draadeind.
Bij schoorpalen die aan de waterzijde buiten de constructie steken, bestaat het risico dat deze aangevaren worden door dieper liggende schepen, met breuk tot gevolg. Ook bij kades (vooral hoog gefundeerde overbouwde taluds) waar zeeschepen afmeren bestaat het risico op palenbreuk door aanvaringen met de bulb van de zeeschepen. Voer een 100 procent inspectie uit als bij het aantreffen van gebroken palen.
[ link ]
Figuur 261. Risico op aanvaren door schepen
De kop van een schoorpaal is veelal ingezaagd en met een draadeind aan een langsligger gekoppeld. Deze verbinding is van belang voor de bijdrage die de schoorpaal levert aan de stabiliteit van de constructie. Bekijk (reinig) deze daarom nauwkeurig.
Bij een hakkelboutverbinding is meestal een mesband (stalen ring) om de paalkop aangebracht om splijten van de kop te voorkomen. Corrosie van de hakkelbout zorgt voor een verhoogde inwendige druk in het hout. Als dan ook de mesband is doorgecorrodeerd, is de kans op splijten van de paal groot.
Door scheepvaart vindt bij sluizen regelmatig uitspoeling plaats in de beschermde bodem, net buiten de sluishoofden. Door de uitspoeling ontstaat een gat voor, maar soms ook onder het sluishoofd. Bij vergaande uitspoeling veroorzaakt dit een andere belasting van de palen. Daarnaast staan de palen vrij in het water met versnelde degradatie tot gevolg.
[ link ]
Figuur 262. Spoelgat voor sluishoofd (uitspoeling in donkerblauw)
Uitspoeling vindt ook regelmatig plaats bij kademuren door de (boeg)schroefwerking van schepen. Naast een grotere grondkerende hoogte en dus een verminderde stabiliteit, komt ook het grondkerend scherm in gevaar. Als de inheidiepte hiervan vermindert, komen de planken los in het water te hangen met onvermijdelijk grondverlies aan de landzijde tot gevolg. Hoger gelegen ontstaan dan holle ruimten, wat een veiligheidsrisico vormt.
[ link ]
Figuur 263. Uitspoeling bij kademuren

Aandachtspunten inspectie balkhout

Balkhout dat in de langsrichting van de constructie is gepositioneerd heet watersloof of langsligger. In de dwarsrichting heet het kesp. Verbindingen tussen balkhout en de palen komen voor als pen-gatverbinding en als hakkelboutverbinding.
Voer indringingsmetingen op balkhout enigszins in het midden van het hout boven de paal uit. Doe minimaal zes metingen.
Bij aantasting van het balkhout (soms in combinatie met een aangetaste paal) bestaat de mogelijkheid dat de kesp wordt platgedrukt, of doorponst. Een platgedrukte kesp is goed zichtbaar, een doorgeponste niet. Snijd/zaag het relatief slechte hout hiervoor weg. Aanwijzingen zijn meestal in de bovenliggende constructie waarneembaar door verzakking en/of scheuren.
[ link ]
Figuur 264. Platgedrukte kesp
Het is aannemelijk dat een platgedrukte kesp is geconsolideerd en vermoedelijk niet voor verdere verticale deformatie zorgt. Wel bestaat een risico op scheefstand en/of afschuiving van de bovenliggende constructie.
Alhoewel balkhout samenhang aan een constructie geeft, is het hout tussen de palen niet altijd van belang. Boogwerking in het metselwerk draagt de belasting aan de palen af. Als het metselwerk onvoldoende sterkte heeft, faalt zowel het langshout als het bovenliggend metselwerk.
[ link ]
Figuur 265. Bezweken kesp en bovenliggend metselwerk
In de praktijk worden veel aangetaste kespkoppen aangetroffen. Hierbij is het van belang te weten in hoeverre de kespkop voorbij de paal steekt en wat de mate van aantasting is. Als de aantasting van dien aard is dat de verbinding in gevaar komt, is het zaak in te schatten hoe groot het percentage aangetaste kespen is. Inspecteer hiervoor alle kespkoppen.
Bij overstekende kespkoppen bestaat het gevaar dat deze worden aangevaren door dieper liggende schepen. Afschuiving, breuk of versnelde aantasting zijn mogelijke gevolgen van deze schadebeelden.
Een pen-gatverbinding is gevoeliger voor aantasting dan een hakkelboutverbinding. Ter plaatse van de pen is de kesp twee derde van het oorspronkelijk volume en is het oppervlak waarover het hout kan worden aangetast twee keer zo groot.
[ link ]
Figuur 266. Vergaand aangetaste pen-gatverbinding

Aandachtspunten inspectie kwelschermen

Kwelschermen zijn schermen tegen onder- en achterloopsheid bij sluizen. Grondkerende schermen bevinden zicht onder landhoofden van bruggen en onder kademuren. Alhoewel kwelschermen over het algemeen moeilijker bereikbaar zijn dan grondkerende schermen, is de wijze van beoordeling gelijk.
Het grondkerende scherm van op houten palen gefundeerde kademuren, land- en sluishoofden bestaat in verreweg de meeste gevallen uit houten damwandplanken, gekoppeld met een messing en groef. Aan de bovenzijde is het houten scherm bevestigd aan de palen, de langsligger of de kesp. Minder voorkomende constructies zijn horizontale planken of betonnen damwandplanken. Na de 1950 zijn ook stalen damwanden toegepast als grondkerend scherm.
Controleer tijdens de inspectie de toestand van de planken en de kwaliteit van de aansluitingen onderling en de aansluiting aan de bovenzijde. Ook dienen de planken aan de onderzijde voldoende inklemming te vinden. Het aantal te inspecteren planken is afhankelijk van de bereikbaarheid. Bij een overbouwd talud is het soms mogelijk het grondkerend scherm vanaf de waterzijde te bereiken. Is dit niet het geval, bepaal dan de toestand aan de hand van een aantal inspectiesleuven.
Bepaal de kwaliteit van de houten damwandplanken aan de hand van indringingsmetingen, gerelateerd aan de dikte van de planken. Indien door houtrot tussen de planken of aan de bovenzijde van de planken ruimte is ontstaan, voldoet het scherm niet meer. Het grondkerend scherm is dan geometrisch niet meer gesloten. Wel is het zaak het resterende hout te beoordelen om te achterhalen of dit voldoende kwaliteit biedt voor een eventueel duurzaam herstel van het houten grondkerend scherm.
Indien aan de bovenzijde van het grondkerende scherm ruimte is ontstaan of tussen de damwandplanken onderling kieren zijn gekomen, kunnen door uitspoeling holle ruimtes achter de damwandplanken ontstaan. Holle ruimtes achter het grondkerende scherm zijn meetbaar met een duimstok, of in grotere gevallen met een prikstok. Het is van belang dat de inspectieduiker vastlegt welke grondsoort hij aantreft om een uitspraak te kunnen doen over de te verwachten snelheid van uitspoeling.
Grotere holle ruimtes kunnen tot gevolg hebben dat in het maaiveld verzakkingen ontstaan van enkele kubieke meters groot. Het bovenliggende straatwerk kan door onderlinge samenhang of door de wegfundering een holle ruimte lang verborgen houden. Hierdoor kan plotseling een groot gat vallen achter de kadeconstructie en is sprake van abrupt bezwijken en dus een veiligheidsrisico. Breid de inspectie van het grondkerende scherm uit tot een 100 procent controle indien op de onderzoekslocaties kieren in het grondkerende scherm zijn geconstateerd. Het resultaat van dit inspectieonderdeel is een tekening met daarop de omvang van de aangetroffen holle ruimtes, aangegeven in de vorm van een vlekkenkaart. Hierop zijn ook de stukken damwand waarin kieren zijn aangetroffen weergegeven. Dicht deze gaten (tijdelijk) met een geotextiel.
Door bijvoorbeeld baggerwerkzaamheden of boegschroefwerking, is het mogelijk dat het bodemniveau (lokaal) verlaagd is. Door aanslibbing kan de bodem lokaal verhoogd zijn. Een lokale verlaging is een aandachtspunt voor de inspectieduiker. De verlaagde bodem is direct van invloed op de stabiliteit van het grondkerende scherm. Hou als vuistregel aan dat de inheidiepte minimaal dezelfde lengtemaat heeft als de grondkerende hoogte. Een (lokale) verlaging van het bodemniveau is in belangrijke mate van invloed op de stabiliteit van de gehele kadeconstructie.
Rekening houdend met de verhanglijn, is bij de kwelschermen van een sluis of gemaal redelijk nauwkeurig te bepalen welke zones van de damwandplanken risico lopen. Indien gewenst zijn de achterloopsheidschermen tamelijk eenvoudig op te graven.

Aandachtspunten inspectie sluisvloeren

Bij houten sluisvloeren bestaat het risico van opdrijven, zeker bij het droogzetten van de sluis. Daarom is de houten vloer opgesloten tussen de kespen en de zwalpen. De kespen en de zwalpen zijn aan elkaar werden gekoppeld met houten treknagels, houtdraadbouten of zwaluwstaartverbinding.
Tussen of over de zwalpen is veelal metselwerk aangebracht. Dit maakt de inspectie van de toestand van de houten onderdelen vrijwel onmogelijk zonder de vloer open te breken.
Voor eventueel droogzetten (inspectie of restauratie) moet het uitgangspunt zijn dat de verbinding niet meer voldoet en dat de kans op opdrijven reëel is. Pas daarom ballast toe.
Ook de sluishoofdvloer met puntstuk (de slagdrempel) kan uit hout bestaan. Indien de vloer niet bekleed is, is het goed mogelijk de toestand te beoordelen met indringingsmetingen en houtmonsteranalyse. Gezien het belang van het onderdeel is het raadzaam deze onderdelen uitgebreid te onderzoeken.

Interesse?

Constructies funderingen