Ontwerprichtlijn voor het bepalen van zwelbelasting op funderingen: Actuele methoden en aanbevelingen

Published by Redactie on juli 27, 2025 | Category fundering

Inleiding

Bij funderingsprojecten in vochtige of verzadigde grondlagen kan het verschijnsel zwelbelasting optreden. Hierbij ontstaat een omhoog gerichte kracht op funderingsconstructies, zoals vloeren of palen, als gevolg van verticale deformaties van de grond. Deze krachten kunnen leiden tot schade aan de constructie of fundering en moeten daarom correct worden bepaald en meegenomen in het ontwerp.

De CUR-Aanbeveling 77, eerst gepubliceerd in 2001 en herzien in 2014, is een centraal instrument voor het rekenen aan zwelbelasting op vloeren. Naast vloeren is ook het gedrag van palen bij zwelbelasting onderzocht. In deze context is de commissie C202 van de CUR gestart met het ontwikkelen van een nieuwe ontwerprichtlijn voor zwelbelasting op funderingen. Deze richtlijn wil actuele rekenmethoden bieden die beter aansluiten bij de huidige praktijk en beschikbare kennis.

Deze artikel legt de ontwikkelingen rond de nieuwe ontwerprichtlijn voor zwelbelasting op funderingen uit. Aan de hand van literatuuronderzoek, praktijkcases en workshops is een breed overzicht gemaakt van de parameters, methoden en uitdagingen rondom het bepalen van zwelbelasting. In dit artikel wordt de rol van zwelbelasting bij vloeren en palen apart behandeld, evenals de aanbevolen benaderingen voor zowel analytische als numerieke berekeningen.

Ontwikkeling van de CUR-Aanbeveling 77

De CUR-Aanbeveling 77 is in 2001 gepubliceerd als een eerste uniforme rekenmethode voor zwelbelasting op vloeren. Deze aanbeveling is sindsdien breed toegepast in het bouwbedrijf en heeft haar waarde bewezen als ontwerpinstrument. In 2014 is een herziene versie uitgebracht (CA 77:2014), die de voorwaarden en rekenmethoden aanpaste aan de praktijk en de beschikbare kennis. Deze herziening is onderdeel van de voortdurende ontwikkeling van het vakgebied, waarbij nieuwe onderzoeken en ervaringen worden meegenomen.

Het artikel in het kader van deze serie over CUR-Aanbeveling 77 legt uit dat de herziening van de rekenregels voor zwelbelasting op vloeren was gebaseerd op een uitgebreid literatuuronderzoek en praktijkcases. Het doel was om zowel de analytische als de numerieke benaderingen te verbeteren, zodat de rekenmodellen realistischer en betrouwbaarder worden.

Zwelbelasting op vloeren

Mechanismen van zwel

Zwel kan op verschillende manieren ontstaan, afhankelijk van de eigenschappen van de grond en de funderingsconstructie. Drie hoofdmechanismen worden onderscheiden:

Instantane zwel: Deze zwel ontstaat direct na het ontgraven van de bouwput en is het gevolg van instantaan optredende mechanismen in de grond. De verticale deformatie is hierbij meestal gering en treedt snel op.
Primaire zwel: Hierbij gaat het om verticale deformaties die het gevolg zijn van primaire consolidatie of wateronderdruk-dissipatie. Deze zwel is meestal van langere duur en kan aanzienlijk zijn.
Seculaire zwel: Dit is langdurige verticale deformatie veroorzaakt door kruip in de grond. Deze zwel kan zich jaren na de bouw nog voordoen.

Bij het bepalen van de zwelbelasting op vloeren is het belangrijk om te weten op welk tijdstip de constructie vastgemaakt is en op welk moment de consolidatiegraad zich bevond. De stijfheid van de bouwkuip en de vorm (1D, 2D of 3D) beïnvloeden ook de omvang en richting van de verticale krachten.

Ontwerpmodellen voor vloeren

In de praktijk worden twee hoofdmodellen gebruikt voor het bepalen van zwelbelasting op vloeren:

Analytische modellen: Deze modellen zijn gebaseerd op de samendrukkingstheorie, zoals het D-Settlement model van Koppejan/Terzaghi of het model van NEN-Bjerrum. Deze methoden zijn eenvoudiger en sneller uit te voeren, maar vereisen een goed inzicht in de grondparameters.
Numerieke modellen: Hierbij wordt software zoals Plaxis 2D gebruikt om een grond-constructie interactie te simuleren. Deze methoden zijn nauwkeuriger en gevoeliger voor de invloed van diverse parameters, maar vereisen meer rekenkracht en kennis.

De belangrijkste parameters voor analytische berekeningen zijn:

Δσ’v (verandering van de effectieve verticale spanning)
Ap/Csw (verhouding tussen de oppervlakte van de fundering en de zwellende laag)
cv;zwel (zweleerlijkheid)
Stijfheid van de vloer

Bij numerieke berekeningen zijn ook factoren zoals de bouwfasering, de referentiewaarden van de grond (E’50;ref, E’oed;ref, E’ur;ref), de verhouding tussen verticale en horizontale draineerbaarheid (kv/kh) en de geometrie van de bouwkuip van belang.

Discussiepunten bij zwelbelasting op vloeren

Bij het bepalen van zwelbelasting op vloeren komen meerdere discussiepunten aan de orde:

Meenemen van relatieve vervormingsverschillen tussen paal en vloer: Soms wordt de zwelbelasting volledig meegenomen, andere keren wordt een reductie toegepast op basis van het verschil in vervorming.
Invloed van tijdelijke bemaling: Als in de zwellende lagen tijdelijke bemaling wordt uitgevoerd, kan dit de zwel belasten of juist beperken.
Gewicht van de vloer in mindering brengen: Het gewicht van de vers gestorte betonvloer kan worden meegenomen in de berekening om de zwelbelasting te compenseren.
Kruipeffecten meenemen: De invloed van kruip bij ontlasting moet worden beoordeeld.
Dwarscontractie-effecten: Deze effecten, zoals berekend in Plaxis 2D, kunnen in rekening worden gebracht of worden genegeerd, afhankelijk van de complexiteit van het model.

Zwelbelasting op palen

Mechanismen en aandachtspunten

Bij palen kan zwelbelasting ook optreden, vooral bij palen die in zwellende lagen zijn aangebracht. Het verschil met vloeren is dat palen in de grond zijn verankerd en verticale verplaatsingen in de grond kunnen leiden tot horizontale spanningen op de paalconstructie.

Deze spanningen kunnen worden berekend met twee hoofdmethoden:

Slipmethode: Hierbij wordt de horizontale spanning bepaald op basis van de initiële verticale korrelspanning en de consolidatiegraad. Deze methode is eenvoudig en snel uit te voeren, maar heeft geen rekening met de interactie tussen constructie en grond.
Numerieke methode: Hierbij wordt software zoals Plaxis 2D gebruikt om de interactie tussen paal, grond en wanden nauwkeurig te modelleren. Deze methode is complexer, maar biedt een realistischere beeld van de spanningen.

Discussiepunten bij zwelbelasting op palen

Bij het bepalen van zwelbelasting op palen zijn verschillende discussiepunten van belang:

Reductie van zwelbelasting bij verandering in consolidatiegraad: Soms wordt de zwelbelasting volledig meegenomen, andere keren wordt deze lineair gereduceerd.
Meenemen van relatieve vervormingsverschillen tussen paal en grond: Hierbij kan worden afgestemd op analogie met negatieve kleefbelastingen.
Invloed van grondverdringing bij palen: Bij grondverdringende palen kan er na het ontgraven geen zwelbelasting optreden.
Invloed van bouwfasering: De manier waarop de paal is aangebracht en de tijdlijn van de bouwwerken beïnvloeden de zwelbelasting.
Veiligheidsfilosofie: De keuze voor een bepaalde rekenmethode hangt ook af van de veiligheidsfilosofie, zoals het hanteren van veiligheidsfactoren voor enkele palen of paalgroepen.

Ontwerppraktijk en case-studie

Tijdens een workshop in september 2013 werd een brede groep experts uit opdrachtgevers, opdrachtnemers en kennisinstituten bijeengebracht om de ontwerprichtlijn voor zwelbelasting op funderingen te bespreken. Het doel van deze workshop was om inzicht te krijgen in de mechanismen van zwel en om aanbevelingen te doen voor de keuze van rekenmethoden. Na een halfdags discussie in kleine groepen werden gezamenlijke conclusies en aanbevelingen gedaan.

Een van de praktijkcases die tijdens deze workshop besproken werden, was de Spoortunnel Delft. Deze case illustreert hoe de spanningssituatie in de grond en op de constructie kan worden bepaald en hoe deze invloed heeft op de zwelbelasting.

Ontwikkeling van de ontwerprichtlijn

De commissie C202 heeft een gestructureerd plan opgesteld voor de ontwikkeling van een nieuwe ontwerprichtlijn voor zwelbelasting op funderingen:

Literatuuronderzoek en theoretisch modelbouwen
Inventarisatie van de ontwerppraktijk uit de afgelopen 10 jaar
Uitvoeren van aanvullende berekeningen voor zowel analytische als numerieke modellen
Organisatie van een workshop voor het ontwikkelen van een conceptontwerp
Toetsing aan praktijkcases met metingen
Opstellen van het eindrapport

De uitkomst van deze analyse en discussies is een voorlopige richtlijn, die richtinggevend is voor de keuze van rekenmethoden in de praktijk. Deze richtlijn bevat zowel eenvoudige als geavanceerde modellen en geeft aan onder welke voorwaarden welke methode het meest geschikt is.

Actuele richtlijn voor het voorkomen van schade aan funderingen

In 2023 is de CROW-CUR Richtlijn 3:2023 opgesteld door de IGGF-werkgroep. Deze richtlijn is bedoeld om schade aan in de grond gevormde funderingspalen te beperken of zelfs te voorkomen. Het ontwerpen en realiseren van deze palen is een complex proces dat gevoelig is voor geotechnische risico’s. De richtlijn beschrijft de verschillende stappen in dit proces en geeft de verantwoordelijke partijen handvatten om in elke fase de juiste beheersmaatregelen te treffen.

De richtlijn stelt een geotechnisch risicomanagementproces voor dat uit zes opeenvolgende stappen bestaat. Deze stappen worden uitgevoerd in rollen en fasen, waarbij de focus ligt op het nemen van de juiste beheersmaatregelen.

Om de gebruiker van de richtlijn te ondersteunen zijn er ook beslisbomen opgenomen in de CROW Kennisbank. Deze beslisbomen helpen bij het bepalen van de juiste acties bij voorkomende vragen. De werkgroep heeft gekozen voor twee routes:

De route vanaf de initiële fase via de keuze voor een paalsysteem naar de uitvoering.
Een route die begint in de uitvoeringsfase, op het moment dat schade is waargenomen, en leidt tot mogelijke oorzaken en bijbehorende beheersmaatregelen.

Conclusie

Zwelbelasting op funderingen is een complex fenomeen dat juist moet worden bepaald en meegenomen in het ontwerp van funderingsconstructies. De CUR-Aanbeveling 77 biedt sinds 2001 een gestructureerde methode voor het rekenen aan zwelbelasting op vloeren, en de herziening van 2014 heeft deze aanbeveling verder verfijnd. Voor palen is een aparte analyse gedaan, waarbij zowel analytische als numerieke methoden in overweging zijn genomen.

De commissie C202 van de CUR is gestart met het opstellen van een nieuwe ontwerprichtlijn voor zwelbelasting op funderingen, die zowel vloeren als palen behandelt. Deze richtlijn is gebaseerd op een uitgebreid literatuuronderzoek, praktijkcases en workshops. Het doel is om actuele rekenmethoden te ontwikkelen die beter aansluiten bij de huidige praktijk en beschikbare kennis.

De CROW-CUR Richtlijn 3:2023 biedt een aanvullende benadering voor het voorkomen van schade aan in de grond gevormde funderingspalen. De richtlijn stelt een geotechnisch risicomanagementproces voor dat uit zes stappen bestaat en waarbij de focus ligt op het nemen van de juiste beheersmaatregelen. De beslisbomen in de CROW Kennisbank ondersteunen de gebruiker bij het bepalen van de juiste acties.

In de toekomst is het belangrijk om deze richtlijnen verder uit te bouwen en aan te passen aan nieuwe kennis en ontwikkelingen in het vakgebied. Het blijft een uitdaging om zwelbelasting op funderingen accuraat te bepalen en te beheersen, maar met de juiste tools en methoden kan dit proces steeds efficiënter en betrouwbaarder worden.