Gronddruk en funderingsconstructies: Belastingverdeling en ontwerpoverwegingen

De fundering van een gebouw vormt de basis van elke constructie en speelt een cruciale rol bij de stabiliteit en duurzaamheid van de bovenbouw. Een belangrijk aspect bij het ontwerpen van een fundering is de gronddruk, die bepaalt hoeveel belasting de ondergrond kan dragen. In dit artikel wordt ingegaan op de invloed van gronddruk op de keuze en uitvoering van funderingsmethoden, met een nadruk op fundering op staal, grondverbetering en de rol van sonderingen.

De ondergrond moet in staat zijn om de belastingen van het gebouw te dragen zonder dat er sprake is van ongelijke zettingen of instabiliteit. De gronddruk is hier een essentieel onderdeel van en wordt bepaald door middel van geotechnische metingen zoals sonderingen. Afhankelijk van de aard van de bodem — zoals zand, veen of klei — kan de fundering anders worden uitgevoerd. In gebieden met een zwakke bodem is bijvoorbeeld grondverbetering noodzakelijk om de draagkracht te verhogen.

Fundering op staal en gronddruk

Een fundering op staal is een veelgebruikte methode waarbij de muren van het gebouw rechtstreeks op de draagkrachtige bodem rusten. De belasting wordt hierbij gelijkmatig verdeeld over een groter oppervlak, wat voorkomt dat de ondergrond instabiel wordt. Deze funderingsmethode vereist een vaste, draagkrachtige bodem. De benaming "fundering op staal" heeft niets te maken met het materiaal staal, maar is afgeleid uit het Oudgermaans woord "stal", wat "vaste plaats" of "rusten op" betekent.

De breedte van de funderingsvoet hangt af van de belasting die het gebouw uitoefent op de ondergrond. Bijvoorbeeld: een halfsteens muur vereist een funderingsbreedte van 320 mm, terwijl een steens muur 540 mm nodig heeft. De formule voor het berekenen van de breedte van de funderingsvoet is als volgt:

$$ F = \text{belasting in kN/m} $$ $$ pgr = \text{gronddruk in N/mm}^2 $$ $$ b = \text{breedte voet} $$ $$ a = \text{breedte metselwerk} $$

Een fundering op staal is vaak goedkoper dan een paalfundering, maar vereist een goede ondergrond. In veen- of kleibodems is deze methode minder geschikt vanwege de risico’s op zettingen. In zandige bodems daarentegen is een fundering op staal vaak een haalbare oplossing. De diepte van de fundering hangt af van de structuur van het gebouw. Bij kelderconstructies kan dieper gefundereerd worden dan bij gebouwen zonder onderbouw. De norm NEN 6744 stelt dat de diepte niet meer mag zijn dan vijf maal de kleinste dwarsafmeting van de funderingsvoet.

Rol van sonderingen bij funderingsontwerp

Een essentieel onderdeel van het funderingsontwerp is het uitvoeren van een sondering. Deze geotechnische meting geeft inzicht in de samenstelling en draagkracht van de bodem. Tijdens een sondering wordt een kegelvormige meetsonde in de grond gedrukt om parameters zoals conusweerstand en wrijvingsweerstand te meten. Deze gegevens zijn nodig om te bepalen welke funderingsmethode geschikt is en hoe diep de fundering moet worden uitgevoerd.

Zonder een sondering is het onmogelijk om een betrouwbare fundering te ontwerpen. De eigenschappen van de ondergrond — zoals zand, klei of veen — bepalen de stabiliteit van de fundering. In veengebieden kan bijvoorbeeld sprake zijn van bodemdalingsproblemen als gevolg van grondwaterfluctuaties en oxidatie. Dit kan leiden tot ongelijke zettingen van het gebouw, wat op lange termijn schade veroorzaakt. De droge zomers van de afgelopen jaren hebben deze effecten verergd, zoals meldt de Raad voor de leefomgeving en infrastructuur in hun adviesrapport ‘Goed Gefundeerd’.

Invloed van grondwaterstand op funderingsstabiliteit

De grondwaterstand speelt ook een cruciale rol bij funderingsproblematiek. Wanneer de grondwaterstand daalt, neemt de korrelspanning in de bodem toe, wat zettingen kan veroorzaken. Dit is vooral relevant in veengebieden, waar het grondwater een bufferfunctie heeft voor de bodemstabiliteit. Verlaging van de grondwaterspiegel kan leiden tot het wegvallen van de draagkrachtige grondlaag, met als gevolg dat strokenfunderingen of paalfunderingen hun stabiliteit verliezen.

Een bekend voorbeeld van funderingsproblematiek is het geval van een 17e-eeuws grachtenpand in Leiden, dat 17 cm verzakte. De restauratie van het pand hield in dat de scheefstand gedeeltelijk werd gecorrigeerd, maar dat op verzoek van de eigenaar een gedeelte van de scheefstand behouden werd. In andere gevallen, zoals bij de kerk in Overschild, moet de fundering volledig worden vervangen. Het kerkgebouw is omhoog gefijzeld, terwijl een nieuwe betonvloer met trillingsdempers wordt aangebracht.

Fundering op palen en gronddruk

In situaties waarbij de draagkrachtige grondlaag diep ligt, wordt vaak gekozen voor een paalfundering. Hierbij worden dragende palen in de grond geheven of gedrukt tot een stabiele laag. De palen zorgen voor een betere belastingverdeling en voorkomen ongelijke zettingen. De draagkracht van een paal wordt bepaald door factoren zoals puntweerstand, positieve kleef en negatieve kleef.

• Puntweerstand is de drukkracht die de paalpunt uitoefent op de draagkrachtige bodemlaag.
• Positieve kleef is de wrijving tussen paal en grond, die bijdraagt aan het draagvermogen.
• Negatieve kleef ontstaat wanneer lagen onder de paal inklinken en de paal daardoor verder naar beneden willen trekken. Dit is een permanente belasting die rekening moet worden gehouden bij het ontwerp.

Paalfunderingen kunnen uitgevoerd worden met verschillende materialen, zoals hout, beton of stalen palen. In combinatie met een betonnen kop worden houten palen vaak gebruikt om de invloed van grondwater te beperken. De manier waarop de palen worden aangebracht — heien, drukken, trillen of schroefboren — hangt af van de bodemsituatie.

Grondverbetering als oplossing voor zwakke bodems

Wanneer de natuurlijke ondergrond niet voldoet aan de draagkrachtige eisen, kan grondverbetering worden ingezet. Dit omvat methoden zoals diepteverdichting, injectie en het gebruik van chemische stoffen of cement.

• Diepteverdichting wordt vaak toegepast in zandige bodems. Hierbij wordt de bodem met een trilmachine onder hoge druk verdicht, zodat de draagkracht toeneemt.
• Injectie houdt in dat holle ruimtes tussen grondkorrels worden opgevuld met klei of een cementmengsel, afhankelijk van de grondsoort.
• Chemische grondverbetering maakt gebruik van zuren of zoutoplossingen om de bodemstabiliteit te verbeteren. Dit is vooral geschikt in zure bodems.

Een andere methode is het gebruik van cementmengsels. Voor zand- of grindgrond wordt vaak een mengsel van cement, water en zand ingeperst, terwijl in andere bodems een mengsel van cement en water voldoende kan zijn.

Verschillende funderingstypen en hun toepassing

Naast fundering op staal en paalfundering zijn er ook andere funderingsmethoden, zoals fundering op poeren of doorgaande gewapend-betonplaten. Deze worden vooral toegepast in complexe bouwsituaties waarbij de muren dicht op elkaar staan of waarbij een kruipruimte niet mogelijk is.

• Fundering op poeren is geschikt voor gebouwen met grillige muurconstructies of wanneer het aanleggen van aparte funderingsstrepen niet haalbaar is.
• Doorgaande gewapend-betonplaten vormen een continue onderbouw voor het hele gebouw en zijn ideaal in gebieden met een instabiele ondergrond.

Conclusie

De gronddruk speelt een centrale rol bij het ontwerp en uitvoering van een fundering. Afhankelijk van de aard van de bodem — zand, klei, veen of een combinatie — kan de keuze vallen op fundering op staal, paalfundering of grondverbetering. Een correcte sondering is essentieel om de stabiliteit van de ondergrond in kaart te brengen en de juiste funderingsmethode te kiezen. In zwakke bodems is grondverbetering een haalbare oplossing om de draagkracht te verhogen.

Het begrip van gronddruk en de invloed van factoren zoals grondwaterstand, bodemdaling en korrelspanning is van groot belang voor zowel bouwbedrijven als particuliere eigenaren. Een goed ontworpen fundering zorgt niet alleen voor de stabiliteit van het gebouw, maar ook voor een langdurige levensduur en veiligheid. In de huidige bouwpraktijk is het daarom belangrijk om aandacht te besteden aan de grondparameters en eventuele risico’s voor zettingen of instabiliteit.

Bronnen

1. Fundering op staal
2. Bouwdelen: Fundering
3. Fundering en grondverbetering