Fundering

1. Wat is een fundering?
2. Welke soorten funderingen zijn er?
2.1 Funderingen op staal
2.2 Soorten funderingen op staal
2.3 Paalfunderingen
2.3.1 Methodes funderingspalen
2.3.2 Verschillende typen funderingspalen
3. Sonderingen
3.1 Wat is een sondering?
3.2 Wettelijke eisen
4. Draagkracht funderingen
4.1 Draagkracht fundering op staal
4.2 Draagkracht palenfundering
5. Hoe kunnen problemen ontstaan met funderingen?
5.1 Bodemdaling
5.2 Grondwaterfluctuaties
5.3 Onjuiste funderingstechnieken
5.4 Uitvoeringsfouten
5.5 Te hoge belasting
5.6 Beschadiging door wortels
6. Funderingsproblematiek met houten palen
6.1 Paalkoprot
6.2.2 Bacteriële afbraak
6.3 Preventieve maatregelen en herstelopties
6.3.1 Grondwaterbeheer
6.3.2 Funderingsherstel
6.3.3 Monitoring en inspectie
6.3.4 Injectietechnieken

1. Wat is een fundering?

Een fundering vormt de basis van elk bouwwerk en dient om het gewicht van het gebouw over te dragen op een draagkrachtige grondlaag. Dit gebeurt op een manier die voorkomt dat het gebouw op ontoelaatbare wijze verzakt of kantelt. Zonder een goed functionerende fundering zouden constructies ongelijkmatig verzakken, wat zou leiden tot scheuren, instabiliteit en uiteindelijk structureel falen. De keuze voor een specifieke fundering hangt af van de bodemgesteldheid, het type bouwwerk en de belasting die het bouwwerk zal dragen. In Nederland bestaan draagkrachtige lagen bijna altijd uit vastgepakt zand.

2. Welke soorten funderingen zijn er?

In de bouw worden verschillende typen funderingen toegepast, afhankelijk van de lokale omstandigheden en het type bouwwerk, ook economische factoren kunnen een rol spelen in de keuze. In grote lijnen kan er onderscheid gemaakt worden tussen funderingen op staal en funderingen op palen.

2.1 Funderingen op staal

Een funderingen op staal is een van de meest voorkomende funderingstypen in de bouw. Voorwaarde is dat de draagkrachtige grondlaag zich vlak onder het maaiveld bevindt en voldoende is om het gewicht van het gebouw te dragen. De fundering wordt direct op die draagkrachtige grond aangebracht, vaak met een verbrede voet, zonder gebruik te maken van palen of andere diepgaande funderingstechnieken. Veel funderingen op staal zijn in het oostelijke deel van land toegepast vanwege de zandgronden daar. De term “op staal” verwijst niet naar het gebruik van het metaal staal, maar komt vermoedelijk van het Oudgermaanse stal en Oudfranse estal. Beide woorden betekenen ‘stand, vaste plaats of staan op, rusten op’, te vergelijken met opstal.

Wanneer de grondlaag niet voldoende sterk is, bestaat de mogelijkheid deze te verbeteren (zgn. grondverbetering). Toegepaste methodes zijn: slechte grondlaag deels afgraven en vervangen met zand; grond helemaal afgraven tot de vaste grondslag en opvullen met een ‘zandkoffer’ tot aan onderkant fundering; diepliggende zandlagen dicht trillen zodat de draagkracht hoger wordt (diepteverdichting).

2.2 Soorten funderingen op staal

De belangrijkste types funderingen op staal zijn:

2.2.1 Strokenfundering

De strokenfundering is de meest eenvoudige vorm van een fundering op staal en een van de meest toegepaste vormen. De fundering bestaat uit doorlopende stroken gewapend beton onder de dragende muren van het gebouw. De breedte van de stroken is afhankelijk van de bodemgesteldheid en de belasting van het bouwwerk. Voor de grootschalige toepassing van beton in de bouw werden de stroken uitgevoerd in metselwerk.

2.2.2 Plaatfundering

Een plaatfundering bestaat uit een grote, gewapende betonnen plaat die onder het volledige gebouw wordt gelegd en vaak ook als begane grondvloer fungeert. Dit type fundering verdeelt de belasting van het gebouw gelijkmatig over een groot oppervlak. Deze oplossing is relatief makkelijk uitvoerbaar en daarom goedkoop. Het nadeel is dat een dergelijke fundering gevoelig is voor verzakkingen.

Ondiepe plaatfunderingen (niet dieper dan 80 cm onder maaiveld) dienen een vorstrand te hebben. Een vorstrand is een funderingsstrook die aan de vloer wordt vast gestort. Deze strook ligt dieper dan 80 cm om het risico van opvriezen te voorkomen. Bij langdurige en hevige vorst kan de ondergrond namelijk bevriezen en daardoor uitzetten. Het uitzetten kan tot ongewenste krachten op de plaat en het bouwwerk leiden met schade aan het bouwwerk als gevolg. Normaal gesproken zal de grond in Nederland niet verder bevriezen dan 80 cm diep.

2.2.3 Poerenfundering

Een poerenfundering bestaat uit meerdere afzonderlijke, gewapende betonblokken of metselwerk blokken die als fundering worden gebruikt. Deze blokken worden onder de kolommen of steunpunten van het gebouw geplaatst. De poeren dragen de verticale lasten van de kolommen over op de ondergrond. Dit type fundering wordt vaak gebruikt bij gebouwen met een kolom- en spanstructuur, zoals magazijnen en fabriekshallen. Er is bij dit type gebouwen geen sprake van lijnlasten, maar een puntlasten. Daardoor zijn funderingsstroken niet nodig en is een fundering ter plaatse van de puntlast voldoende.

2.3 Paalfunderingen

Als de draagkrachtige grondlaag dieper onder het maaiveld ligt, dan is een paalfundering nodig. De palen brengen het gewicht van het bouwwerk over naar de dieper gelegen draagkrachtige laag. In Nederland, met zijn slappere en samendrukbare veen- en kleigronden, zijn paalfunderingen een veelvoorkomende en vaak noodzakelijke funderingsmethode, vooral in het westen van het land. Funderingspalen zijn over het algemeen gemaakt van beton of staal – eventueel gevuld met beton. Voor de grootschalige toepassing van deze materialen werden houten funderingspalen toegepast.

Palenfunderingen worden met name in het westelijke deel van het land toegepast. Daar bestaan de bovenste grondlagen vaak uit klei, veen en leem. Deze lagen zijn vaak te slap om het gewicht van bouwwerken te dragen. De stabiele zandlagen liggen daar vaak dieper onder de ondergrond.

2.3.1 Methodes funderingspalen

Funderingspalen zijn doorgaans van beton of staal, of een combinatie daarvan. In het verleden werden ook houten heipalen gebruikt in combinatie met gemetselde funderingen. Voor zowel betonnen als stalen funderingspalen zijn verschillende methodes om ze in de grond aan te brengen. Hieronder een aantal methodes op een rij.

2.3.1.1 Heien

Heipalen worden in de grond geheid met behulp van een heistelling. De heistelling is een machine die een zwaar heiblok op de paal laat vallen, waardoor deze de grond in zakt. Dit gaat net zo lang door tot dat de paal door de slappe grondlagen is gedreven en op een stabiele, draagkrachtige zand- of grindlaag rust.

2.3.1.2 Schroeven

Een schroefboor, ook wel avegaar genoemd, boort tot op de draagkrachtige laag. Eenmaal op diepte wordt de boor weer omhooggetrokken, terwijl via de holle as van de boor betonmortel wordt ingeperst.

2.3.1.3 Boren

Bij in de grond gevormde palen wordt eerst een gat geboord in de bodem tot aan de draagkrachtige laag. Vervolgens wordt het gat gevuld met steunvloeistof om instorten van het gat te voorkomen. Het gat wordt gevuld met betonmortel en eventueel afgehangen met wapening terwijl de steunvloeistof uit het gat wordt gepompt.

2.3.1.4 Trillen

Palen worden op diepte getrild met een zware trilmachine. Bijvoorbeeld Rüttel-Injectionspalen (RI-palen) worden trillend aangebracht. Trillen zorgt voor minder geluid- en trillingshinder dan heien.

2.3.1.5. Drukken

Met deze methode worden palen in de grond gedrukt. Dat kan door middel van een zogenoemde pile pusher, wat een hydraulische machine met een hoog eigen gewicht is die in staat is de palen in de grond te drukken. Het hoge gewicht zorgt voor voldoende tegengewicht om de palen in de grond te drukken. Ook is het mogelijk palen in segmenten in de grond te drukken. Deze palen zijn hol en hebben daardoor minder tegendruk nodig.

2.3.2 Verschillende typen funderingspalen

Zoals zijn funderingspalen doorgaans van beton, staal of een combinatie daarvan. Hieronder een aantal veel voorkomende typen.

2.3.2.1 Prefab beton

De prefab betonpaal de meest toegepaste heipaal in Nederland. De betonnen paal is gewapend om schade tijdens transport en tijdens het heien te voorkomen, daarnaast om horizontale gronddruk in de eindfase op te kunnen vangen. De maximale lengte van deze palen is ongeveer 36 meter. Dit vanwege beperkingen in productie en transport. Bij aanbouw, verbouw of renovatie/herstel worden vaak stalen buispalen toegepast. Deze worden in segmenten in de grond geslagen en vervolgens gevuld. Er zijn ook betonnen palen met een holle kern op de markt. De holle kern bespaart materiaal zonder in te leveren op de draagkracht. Een voorbeeld daarvan is de ECO-paal.

2.3.2.2 In de grond gevormde palen

Onder in de grond gevormde palen vallen onder andere schroef- en boorpalen. Er wordt dus eerst een gat geboord in de grond, welke vervolgens gevuld wordt met betonmortel. Een voorbeeld daarvan is de Vibropaal. Bij deze methode wordt een stalen buispaal met stalen voetplaat in de grond geheid, gevuld met beton en daarna er weer uitgetrokken. De voetplaat blijft achter in de grond. Er zijn ook varianten waarbij de buispaal gevuld wordt met prefab palen in plaats van betonmortel, zoals de HEK-combi paal. Deze is met name geschikt in zeer slappe bodemlagen waar het risico is dat het beton wegvloeit nadat de buispaal getrokken is. De ‘gewone’ HEK-paal is in uitvoering vergelijkbaar met een Vibropaal.

2.3.2.3 Stalen buispalen

Het is ook mogelijk om de stalen buispalen in de grond te heien of schroeven en vervolgens permanent te vullen met beton en eventueel wapening. Vaak bestaan deze buizen uit segmenten. Het is een geschikte methode voor projecten waar de werkruimte beperkt is, bijvoorbeeld bij verbouw of aanbouw.

2.3.2.4 Houten palen

Houten palen werden historisch gezien veel gebruikt in Nederland, vooral in steden zoals Amsterdam, Rotterdam en Leiden, waar gebouwen op honderden houten palen rusten. Deze palen werden vaak gemaakt van Europees naaldhout en werden onder het grondwaterniveau geplaatst, wat rotting voorkomt[Pd2] . De meest toegepaste houten funderingen zijn de Rotterdamse en Amsterdamse methode. Een fundering volgens de Amsterdamse methode  bestaat uit jukken van twee palen naast elkaar, met daaroverheen een kesp – een houten of betonnen verbindingsstuk die de palen onderling verbindt. Over de kesp is langshout aangebracht. Het langshout overspant de paaljukken en dient ter ondersteuning van de metselwerk stroken die er rechtstreeks op steunen. Om het metselwerk op zijn plaats te houden is in het midden van het langshout een balk gelegd. Dit heet het schuifhout. De Rotterdamse methode bestaat uit een enkele paal in plaats van twee. De opbouw is verder vergelijkbaar, met als verschil dat een kesp niet nodig is.

Houten palen worden niet vaak meer toegepast. Maar als het gebeurt, dan is het vaak in combinatie met een betonnen kop. Op die manier is de kans dat de houten paal bij grondwaterfluctuaties onder water blijft groter.

3. Sonderingen

Een cruciaal onderdeel van het ontwerpen en aanleggen van een fundering is het uitvoeren van een sondering. Een sondering geeft inzicht in de draagkracht en samenstelling van de bodem, wat essentieel is voor het bepalen van het juiste funderingstype en de noodzakelijke diepte van de fundering. Zonder een nauwkeurige sondering is het onmogelijk om een fundering betrouwbaar te ontwerpen, omdat de eigenschappen van de ondergrond niet goed bekend zijn.

3.1 Wat is een sondering?

Een sondering is een geotechnisch onderzoek waarbij een kegelvormige meetsonde verticaal in de grond wordt gedrukt. Tijdens dit proces worden belangrijke bodemparameters zoals de weerstand van de bodem (conusweerstand) en de wrijving langs de sonde (wrijvingsweerstand) gemeten. Door deze gegevens kan een gedetailleerd beeld worden gevormd van de verschillende bodemlagen, zoals klei, veen, zand of grind, en hun draagkrachtige eigenschappen.

Er zijn verschillende methoden voor sondering, waarvan de meest gebruikte in Nederland de CPT-sondering (Cone Penetration Test) is. Deze methode levert nauwkeurige en continue meetdata van de weerstand die de sonde ondervindt tijdens het inbrengen in de grond. De verzamelde gegevens worden geanalyseerd en omgezet in een sondeerprofiel. Op basis van dat profiel en de gebouw belasting wordt juiste draagkrachtige laag in combinatie met het funderingstype bepaald.

3.2 Wettelijke eisen

In het Besluit bouwwerken leefomgeving (Bbl) is de sondering niet als verplicht onderdeel opgenomen. Wel kunnen gemeenten deze verplichten.

Bij grotere projecten zijn vaak meerdere sonderingen nodig om een volledig en nauwkeurig beeld van de bodemgesteldheid op verschillende locaties te krijgen.

4. Draagkracht funderingen

4.1 Draagkracht fundering op staal

De voet van de fundering draagt de krachten over naar de onderliggende grondlaag. Hoe breder de voet, hoe groter het oppervlak waarover de krachten verdeeld zijn en hoe kleiner de belasting per vierkante meter is. De belasting verspreid zich in de grondlagen diagonaal naar buiten en naar beneden toe. Dat betekent dat de belasting per oppervlakte steeds kleiner wordt naarmate de grondlagen dieper worden.

4.2 Draagkracht palenfundering

Funderingspalen hebben met meerdere krachten onder de grond te maken die de draagkracht van een individuele paal en de gehele fundering bepalen. Het gaat daarbij voornamelijk negatieve en positieve kleef en de puntweerstand.

Negatieve kleef ontstaat door slappe grondlagen die inklinken. Daardoor oefenen de lagen een kracht uit op de paalschacht die de paal verder naar beneden wil trekken. De berekening van de negatieve kleef is complex en moet als permanente belasting op de paal berekend worden.

Positieve kleef is de wrijvingsweerstand die de paalschacht en paalpunt heeft over de verschillende grondlagen. Ook wel omschreven als de kracht die de paal bij het heien omhoog wil drukken. Positieve kleef draagt bij aan het draagvermogen van de paal.

Puntweerstand is de draagkracht van de paalpunt in de grondlaag.

5. Hoe kunnen problemen ontstaan met funderingen?

Enkele veelvoorkomende oorzaken van funderingsproblemen in Nederland zijn:

5.1 Bodemdaling

In bepaalde delen van Nederland, met name in veengebieden, vindt bodemdaling plaats als gevolg van grondwateronttrekking, oxidatie van veen of inklinking van klei. Dit kan leiden tot verzakkingen van gebouwen, bijvoorbeeld door negatieve kleef bij paalfunderingen en door het wegvallen van de draagkrachtige grondlaag onder strokenfunderingen. De bijzonder warme en droge zomers van de afgelopen jaren dragen bij aan problemen van deze aard. Zo behoren de zomers van 2018, 2019, 2020 en 2022 tot de vijf procent droogste zomers ooit.

5.2 Grondwaterfluctuaties

Wisselende grondwaterstanden kunnen de draagkracht van de bodem beïnvloeden, vooral in gebieden waar veen of klei de dominante bodemsoorten zijn. Verlaging van het grondwaterpeil kan ervoor zorgen dat houten paalfunderingen gaan rotten doordat ze blootgesteld worden aan zuurstof, zie hoofdstuk 6.

5.3 Onjuiste funderingstechnieken

Het gebruik van de verkeerde fundering voor een specifieke bodemsoort of het niet correct dimensioneren van de fundering kan leiden tot structurele problemen. Vooral in gebieden met ongelijkmatige bodemgesteldheid kan een slechte fundering leiden tot scheuren in muren en vloeren.

5.4 Uitvoeringsfouten

Fouten in de uitvoering van de fundering kan ook tot funderingsproblemen leiden. Bijvoorbeeld het aanbrengen van onvoldoende wapening, scheefstand in de palen tijdens het heien, afwijkingen in de posities van de palen, etc.

5.5 Te hoge belasting

Door toevoegingen aan het bouwwerk in de vorm van aanbouwen en opbouwen kan de fundering zwaarder belast worden dan waarop deze berekend is, met verzakking en scheurvorming als gevolg.

5.6 Beschadiging door wortels

Planten met sterke wortels kunnen de fundering beschadigen. De Japanse Duizendknoop is hier een goed voorbeeld van. Deze plant is invasief, verdringt andere planten en is moeilijk te bestrijden.

6. Funderingsproblematiek met houten palen

In Nederland zijn houten funderingspalen historisch veel toegepast, vooral in het westen van het land in steden als Amsterdam, Rotterdam en Leiden. Veel oude gebouwen rusten nog steeds op houten palen, die vaak van Europees naaldhout zijn gemaakt. Hoewel deze palen in de afgelopen eeuwen bewezen hebben betrouwbaar te zijn, kunnen er specifieke problemen optreden die de stabiliteit en levensduur van de fundering in gevaar brengen. De belangrijkste problemen met houten funderingspalen zijn gerelateerd aan de invloed van vocht, grondwater, en biologische aantasting.

6.1 Paalkoprot

Dit is een van de meest voorkomende problemen bij houten funderingspalen. Paalkoprot treedt op wanneer de paalkoppen, die zich net onder of nabij het maaiveld bevinden, worden blootgesteld aan zuurstof door fluctuaties in het grondwaterpeil. Hout dat jarenlang onder water heeft gestaan, blijft intact, maar zodra de grondwaterstand zakt en zuurstof toegang krijgt, begint het hout te rotten. Dit veroorzaakt verzwakking aan de bovenkant van de paal, wat kan leiden tot verzakkingen en schade aan het bouwwerk. Enige droogstand van de paalkoppen is soms onvermijdelijk en niet direct zorgwekkend, aangezien de aantasting een traag proces is dat niet direct tot ernstige funderingsschade hoeft te leiden. Het effect van droogstand is echter wel cumulatief, wat betekent dat de schade door droogstand over de jaren heen bij elkaar optelt. Op termijn kunnen er dus wel problemen ontstaan. De schade kan ook dusdanig langzaam optreden dat de levensduur van het gebouw voorbij is voordat ingrijpend herstel nodig is.

6.2 Bacteriële afbraak

Naast rot kan bacteriële afbraak van houten palen optreden, vooral in zuurstofarme omstandigheden, zoals in veen- en kleigronden. Specifieke bacteriën die in natte, zuurstofarme grondlagen leven, kunnen langzaam het hout afbreken, wat resulteert in een verminderde draagkracht. Deze schade komt met name voor in grenenhout.

6.3 Preventieve maatregelen en herstelopties

Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om problemen met houten funderingspalen aan te pakken en te voorkomen:

6.3.1 Grondwaterbeheer

Het handhaven van een stabiele grondwaterstand is cruciaal om te voorkomen dat houten palen droog komen te staan en gaan rotten. In veel Nederlandse steden zijn maatregelen genomen om de grondwaterstand kunstmatig op peil te houden. Dit kan door middel van waterhuishoudingsystemen of door drainage op de bouwlocatie.

6.3.2 Funderingsherstel

Wanneer houten palen zijn aangetast door paalkoprot of andere problemen, kan funderingsherstel noodzakelijk zijn. Dit kan door het vervangen van de fundering door nieuwe betonnen palen, het verstevigen van de houten palen met speciale technieken, of door het plaatsen van een nieuwe fundering naast of rondom de bestaande palen. Moderne technieken zoals onderheien of het gebruik van schroefpalen kunnen worden ingezet om het gebouw opnieuw te stabiliseren.

6.3.3 Monitoring en inspectie

Regelmatige inspecties van houten funderingen kunnen vroegtijdige problemen aan het licht brengen. Door het monitoren van de grondwaterstand en het uitvoeren van visuele inspecties of sondeeronderzoeken kan tijdig worden ingegrepen voordat er ernstige schade ontstaat.

6.3.4 Injectietechnieken

Bij minder ernstige schade kunnen injectietechnieken worden toegepast, waarbij speciale harsen of andere materialen in de grond rond de palen worden geïnjecteerd om de stabiliteit te verbeteren en de houten palen te beschermen tegen verdere aantasting.