? ? geotechniek ? saneringir.H.M.A.Pachen en ir.C.G.Waverijn, Gemeentewerken Rotterdam, IngenieursbureauGeotechniek en MilieuHet voormalige gasfabriekterrein Kralingen te Rotterdam is voor het grootste deel be-bouwd, voornamelijk met woningen (foto 1). Het circa 7,7 ha grote terreinwordt in het zui-den begrensd door een hoofdwaterkering, de Oostzeedijk, en in hetnoordendoor de Oude-dijk en wordt doorsneden door het metrotrac?. De eerste gasfabriek werd gebouwd in1854, de Nieuwe Rotterdamsche Gazfabriek (foto 2). Tot 1926, hetjaar waarin de gasfa-briek buiten gebruik werd gesteld en gesloopt, is het gasfabriekcomplex in diverse fasenuitgebouwd tot haar maximale omvang.In 1980 werd bij de bouw van een woningblok voor het eerstgewaggemaakt van ernstigeverontreinigingen. Uit een groot aantal milieuonderzoeken, die tot 1992 zijn uitgevoerd,is gebleken, dat de bodem plaatselijk in zeer sterke mate en tot op grote diepte is veront-reinigd. De verontreinigingen bestaan voornamelijk uit de zogenoemde 'gasfabrlekpara-meters': cyanide, vluchtige aromaten (BTEX en fenolen), PAK's (polycyclische aromati-sche koolwaterstoffen) en minerale olie.In opdrachtvan het ministerie van VROM wordtthans door de gemeente Rotterdam, in ca-su Gemeentewerken, de sanering voorbereid volgens de zogenaamde B+?variant.BODEMSANERINGONDERWONINGENTEKRALINGENLocatie voormalige gasfabriekCEMENT1995j5De B+-variant houdt in dat grond met con-centraties van verontreinigde stoffen tot bo-ven de B-waardeen voorbenzo(a)pyreen tottweemaal de B-waardeuit de toetsingstabelvan de 'Leidraad Bodembescherming',wordt afgegraven. De contactzone zal tot deA-waarde worden gesaneerd, waarb] in debovenste meter schone grond wordt ver-werkt. Licht verontreinigde en schone grondwordt zoveel mogel?k op de locatie herge-bruikt. Voorzien :is dat de grondsanering ophet gasfabriekterrein in 1999 voltooid zalz?n,Voorde sanering van het onder de verontrei-nigde grond aanwezige verontreinigde holo-cene grondwater wordt een drainagesys-teem aangelegd, waarmee een opwaartsekwelstroming wordt gecre?erd en de veront-reiniging geleidelijk zal worden gesaneerd.Rondom ditkwelgebied wordt een verticaalscherm geplaatst.Naleveringvan het veront-reinigde grondwater naar het onderliggendepleistocene zandpakketwordt hiermee voor-komen. De sanering van het holocene diepegrondwater zal naar verwachting ongeveer100 jaar duren. De grondwaterverontreini-ging welke inmiddels tot in het pleistocenezandpakket is doorgedrongen, wordtstroomafwaarts door middel van een evenbuiten het gasfabriekterrein toe te passenlichte bemaling opgevangen en gesaneerd.Ingeschat is dat deze sanering ongeveer 35jaar zal vergen.67? ? geotechniek ? saneringUit uitvoeringstechnische en logistieke over-wegingen is het saneringsgebied opgedeeldin twaalf werkeenheden. De sanering vanhet zuidelijkste gedeelte van de locatie(werkeenheid l)is reeds in april 1994 in uit-voering genomen. In dit artikel zal naderwor-den ingegaan op een aantal belangrijke geo-technische aspecten welke een rolspelen bijde sanering van de werkeenheid 4, een ge-deelte van het gasfabriekterrein dat dichtbebouwd is metwoningblokken met verschil-lende funderingstypen.Grondopbouw engeohydrologieHet maaiveld ter plaatse van werkeenheid 4is gesitueerd op een niveau van NAP- 0,75m. Onder het maaiveld bevindt zich een 2 tot5 m dikke antropogene laag, bestaande uitvoornamelijk zand (al dan niet klelboudend)enpuinmateriaal, afkomstig van bouwrijpmaken. Hieronder wordt het oorspronkelijkeholocene pakket aangetroffen, dat is opge-bouwd uit samendrukbare klei- en veenla-gen. Het bovenste gedeelte tot NAP- 7,5 mwordt gevormd door veen (het Hollandveen),gevolgd door een kleilaag welke in samen-stelling varieert van licht zandig, sterk hu-meus tot sterk zandig. Onder de holocene la-gen bevindt zich het pleistocene eerste wa-tervoerende zandpakket op een diepte va-ri?rend van NAP-14,5 tot -16,5 m. De dik-te van dit draagkrachtige zandpakket is on-geveer 15 m. De basis van dit semi-afgeslo-ten watervoerendpakket wordt gevormddoor een sterke silthoudende leemlaag vande Formatie van Kedichem.Voormalige gasfabriek KralingenDe gemiddelde freatische grondwaterstandis gelegen tussen NAP 2,2 en 2,5 m. Destijghoogte van het semi-spanningswater inhet pleistocenezandpakket kent een ver-loop van NAP-1,7 tot -1,9 min noordelijke .richting. De grondwaterspanning in hetholo-cene pakket verloopt hydrostatisch. Hetstijghoogteverschil met het Pleistoceenwordt in de onderste meters van de kleilaaggenivelleerd.BebouwingBinnen de grenzenvan werkeenheid 4 bevln-den zich zowel woningblokken die gefun-deerd zijn op houten palen als op betonpa-len. Zeven woningblokken van vier lagen,waarvan een deel een kelderverdiepingheeft, zijn gefundeerd op houten palen endateren uit eind jaren dertig. Depanden meteen betonnen paalfundering zijn een flatge-bouw van vier woonlagen dat is gefundeerdop prefab betonpalen en een woningblokvan vier verdiepingen dat is gefundeerd opVibro-palen. Ten slotte bevindt zich binnenwerkeenheid 4 een gebouw op houten palendat deel heeft uitgemaakt van het gasfa-briekcomplex. Dit voormalige gemeentelijkbadhuis is circa 11 m hoog en dateert uit1908.Recentelijk is er een uitgebreid onderzoekgestart naar de kwaliteit en opbouw van defunderingsconstructie van de diverse ge-bouwen. Op moment van publikatie van ditartikel zal het funderingsonderzoek afge-rond zijn.Uitde eerste resultaten blijkt datdehouten funderingspalen van enkele woning-.blokken waarschijnlijk hebben toebehoordaan oude gebouwen van de gasfabriek.De kwaliteit van de houten funderingspalenblijkt sterk te vari?ren, maar is over het alge-meen redelijk tot goed bevonden. Momen-teel worden er in samenwerking met TNO-Bouw proeven op houten paalmonsters uit-gevoerd om meer inzicht te krijgen in de ont-wikkeling van de houtkwaliteit en -sterkte inde tijd onder de verschillende ontgravlngs-condities (nat, droog met of zonder veront-reinigde grondomstorting en dergelijke).SaneringsdiepteDe ontgravlngsdlepte ter plaatse van werk-eenheid4varieertvanmv-lmtotmv- 5,5 m(NAP- 6,5 m). Het grootste deel van de ont-gravingen zal plaatshebben onder de wo-ningblokken. Gemiddeld dient er 2 m onderhet' aanlegniveau van de woningen te wor-den gesaneerd. De diepste ontgravingendienen te worden verricht onder de woning-blokken met een houten paalfundering, na-melijk tot circa 4 m onder het paalkopniveau(NAP- 6,5 rn), De diepste ontgraving onderde woningblokken met respectievelijk pre-fab en Vibrobetonpalen bedraagt respectie-velijk4m (NAP-5,5m) en 3,5m (NAP-5m).OntgravingsprincipeOmdat het merendeel van de diepere ont-gravingswerkzaamheden voor de saneringvan werkeenheid 4 zal plaatshebben onderen naast bebouwing, zal de uitvoeringswijzein sterke mate worden bepaald door de rand-voorwaarden die aan de ontgravingen enaanvulwerkzaamheden worden opgelegdom de stabiliteit van de bebouwing en dedaaraan gekoppelde paalfunderlng teverze-keren. Bij de ontgraving onder de woningenspelen onder meer de volgende geoteehnl-68 CEMENT1995/5sche aspecten een rol: horizontale stabiliteitvan de panden, uitbuiging van de funde-ringspalen, verticale stabiliteit van de funde-ringspalen, taludstabiliteit, putbodemstabi-liteit en welvorming.De noodzakelijke ontgravingen onder de wo-ningblokken kunnen in principe op twee ma-nieren worden uitgevoerd: in een open bouw-put met toepassing van taluds of in een ge-sloten bouwput met toepassing van grond-kerende constructies. De voornaamste voor-delen van de uitvoering onder talud in verge-lijking met damwandconstructies, zijn de ge-ringere kosten, geen problemen door deaanwezigheid van puin en nauwelijks ge-luids- en trillingsoverlast voor de directe om-geving. Nadelen zijn echter extra grondver-zet en een freatische bemaling om water-overlast in de put te voorkomen.In vergelijking met damwandconstructiesdient tevens rekening te worden gehoudenmet grotere grondvervormingen. zowel in debouwput als daarbuiten, alsmede een hier-aan gekoppelde grotere mate van onvoor-spelbaarheid ervan. Bovendien is het waar-schijnlijk dat de woningen bij relatief diepeontgravingen horizontaal dienen te wordengefixeerd om instabiliteit van de fundermgs-constructie te voorkomen. Bij toepassingvan damwanden kunnen de woningen daar-op worden afgestempeld. Bij ontgraving on-der talud zouden hiervoor uitwendige paal-juk-constructies moeten worden aange-bracht.De kostentechnische voordelen hebben ge-leid tot hetuitgangspuntdatde ontgravingenonder de panden zoveel mogelijk wordenverricht in open bouwputten met taluds.Hierbij kan gebruik worden gemaakt van demogelijkheden van gefaseerd ontgraven enaanvullen en van het symmetrisch ontgra-ven onder de panden. Indien open bouwput-ten niet mogelijk zijn door optredende geo-technische c.q. funderingstechnische com-plicaties, dient de ontgraving te worden ver-richt in een gesloten bouwput met toepas-singvan damwandconstructies (fig. 3), waar-bij de panden horizontaal worden gefixeerddoor de bouwmuren hierop af te stempelen.Tabel 1Representatieve waarden1) van de grond-parameters zoals gebruikt voor de stabili-teitsberekeningen.CEMENT1995/5OntwerpmethodiekDoor de ontgraving worden de funderingspa-len van de gebouwen in werkeenheid 4 hori-zontaal belast en zullen in voldoende mateweerstand moeten bieden aan de te ver-wachten belastingscombinaties van eigengewicht, nuttige belasting, scheefstand, im-perfecties en windbelasting.Uit door TNO-Bouw uitgevoerde berekenin-gen [1] blijkt de dominante invloed van degrondverplaatsing op sterkte en stijfheid vande palen. Daarbij is ten opzichte van de TGBeen aangepaste referentieperiode gehan-teerd en wordt rekening gehouden met hetfeit dat de panden tijdens de sanering nietzijn bewoond en dat tijdens de uitvoering vande sanering zodanige metingen worden uit-gevoerd, dat het risico voor het personeeldat de graafwerkzaamheden uitvoert, aan-zienlijk wordt beperkt. Zo kunnen ten aan-zien van de uitvoering bijvoorbeeld eisenworden gesteld aan de windsnelheid waarbijnog wordt gewerkt (windkracht 7) en aan degrondvervorming (variabel en afhankelijkvan het type paal).De woningen zijn beschouwd als behorendtot veiligheidsklasse 3. Op basis van dezeuitgangspunten zijn de parti?le factoren voorde materiaaleigenschappen en de belastingbepaald.Probabilistische glijvlakberekeningenIn het werkgebied op het terrein van de voor-malige gasfabriek is een algemene verken-ning van de grondopbouw uitgevoerd metsonderingen, 10 grondboringen en circa 30triaxiaal- en samendrukkingsproeven. Hier-mee zijn de gemiddelde grondeigenschap-pen en de karakteristieken van de laagge-2,5 -4,0 -middelden berekend conform NEN 6740.Een voorbeeld van de grondlagenschemati-sering is gegeven in tabellen figuur 4.Uit de probabilistische beschouwing [1]volgt dat voor het bezwijken van het taludeen minimale betrouwbaarheidsindex =3,6 moet worden gehanteerd. Op basis hier-van is met behulp van het programma 'Pro-babilistische glijvlakberekening' van de TUDelft [2] de maximale ontgravingsdieptemet de vereiste taludhelling vastgesteld.Uit de beschouwing blijkt dat voor een 4 mdiepe ontgraving zonder bovenbelasting enonder een talud van 1: 4 de eindwaarde vande betrouwbaarheidsfunctie Z (Z = F 1 =0) een = 3,943oplevert (faalkans 1: 25 000). Fis de stabili-teitsfactor van een cirkelvormig glijvlak, be-rekend met behulp van de methode Bishop.Het grootste aandeel in de variantie wordtgeleverd door de cohesie van de veenlaag(93,9%). De hoek van inwendige wrijving vande veenlaag levert slechts 3,8%.Omdat de veenlaag direct op bouwputbo-dem-niveau aanwezig is, zullen tijdensde sa-nering opdrijf- en verknedingsverschijnselenoptreden, met als gevolg een sterke achter-uitgang van de wrijvingseigenschappen. Deeffectieve cohesie van het veen in de bouw-put werd daarom gereduceerd met een fac-tor 1,5 (11/1,5 = 7,3 kPa als laag-represen-tatieve waarde). Bij een ongewijzigde hoekvan inwendige wrijving reduceert de be-trouwbaarheidsindex naar = 3,36 (faal-kans 1: 2500). Het aandeel van de cohesiein de variantie bedraagt dan 87,2%.volumiek gewicht(kN/m3)hoog laag21 2069? ? geotechniek ? sanering.def'or-mot.iasHoogtemoten in m. t.o.v. N.?.P.over ? ge maten in mmo-16.00DAMWANO LS5 LANG 17.COmDAMWAND US LANG 16.0Qmi VEEN iI -7.00.I,I,I,I,VEEN 'I,I63mm49mmHmm_2mm_27mmLS5 LANG 18.00mDAMWAND US LANG 16. OOmHmm5mm2mm10 kN,m'2mm1mmZAND8000 8000 11000 co.6500Doorsnede bouwputUit de probabilistische glijvlakberekeningenis afgeleid dat de van 3,6 in eenvolledig aangepaste situatie (gedraineerdeberekening) alleen zonder bovenbelastingen zonder verkneding van de veenlaag kanworden bereikt. Vooreen engedraineerde si-tuatie, de zogenaamde korte-duurstabiliteit,is het gestelde betrouwbaarheidsniveau welte bereiken.Op basis van de probabilistische glijvlakbe-rekeningen werd voor een ontgraving van 4m mven dieper gekozenvoor een bouwputmet damwanden. Voor ontgravingen onderde woningen tot maximaal 4 m - mv wordteen taludhelling van 1 : 4 aangehouden.Uiteen vergelijkende deterministische stabi-liteitsberekening met cirkelvormige glijvlak-ken met het programma MSTAB en geba-seerd op gemiddelde wrijvings- en gewichts-eigenschappen, volgde bij een volledig aan-gepaste situatie (gedraineerde berekening)voor een 4 m diepe ontgraving onder talud1: 4 zonder bovenbelastlng, een veiligheids-co?ffici?nt van 2,0. Voorde laag-representa-tleve wrijvingseigenschappen (tabel 1) werdbij een hoog karakteristiek volumiek gewichteen veiligheidsco?ffici?nt van 1,85 en bijeen laag karakteristiek volumiek gewichteen klassieke veiligheidsco?ffici?nt van1,75 berekend. Zonder bovenbelastingwordtvoorde laag-representatieve wrijvings-eigenschappen, met een voor de veenlaaggereduceerde cohesie, een veiligheidsco?f-fici?nt van 1,40 berekend; met bovenbelas-ting resulteert 1,22.VervormingsberekeningenDe grondvervormlngen zijn berekend methet eindige-elementenprogramma PLAXIS.Het Plaxis-pakket maakt gebruik vanelasto-plastlsche grondmodellen. Momen-teel zijnhet Mohr-Coulomb model, hetverbe-terde Mohr-Coulomb model en sinds kort hetPlaxis-cap model beschikbaar. De bereke-ningenkunnen zowel voor een gedraineerdesituatie, met een volledige aanpassing vande grond aan de ontgraving, als voor een on-gedraineerde situatie met een aansluitendeconsolidatiefase worden uitgevoerd.Gekozen .ls voor gedraineerd rekenen. Datwil zeggen dat de korrelspanningen uit degrondspanning en de hydrostatische water-spanning worden bepaald. Hierbij wordtgeen rekening gehouden met onderspan-ningin het pori?nwater alsgevolgvan de ont-graving. Uit enkele basisberekeningen werdafgeleid dat een ongedraineerd grondge-drag, gevolgd door een aansluitende conso-Iidatie met het Plaxis-cap model, een verge-lijkbare horizontale grondverplaatsing ople-vert als de gedraineerde berekening. Vooreen orde van grootte wordt verwezen naar fi-guur4.PaalberekeningenDe horizontale weerstand van de grond is inrekening gebracht door een verende onder-steuning. Voor de elastische tak van de ve-rende ondersteuning isgebruikgemaaktvanbeddingsconstanten, terwijl de plastischetak is gemodelleerd met behulp van de pas-sieve grondweerstand. De veerstijfheid ishierbij bepaald door de beddingsconstantente vermenigvuldigen met de paaloppervlak-70 CEMENT1995/5te en een schelpfactorvan 1,5. De maximalecapaciteit van degrondveer is bepaald uit deverticale korrelspanning. de co?ffici?nt vanpassieve gronddruk,het paaloppervlak eneenschelpfactorvan 1,5. Bij de sterktebere-keningenheeft TNO-Bouw gebruik gemaaktvan het computermodel DIANA.Uit de berekeningen volgt dat houten palendegrondvervormingveel makkelijkerkunnenvolgen dan de relatief stijve betonnen palen.Bijdesaneringsontgravingvormen de beton-nen palen dan ook veel eerder een pro-bleem. De Vibro-palen blijken het meest kri-tisch door een beperkte momentcapaciteitvan de doorsnede.Ook het aanbrengen van knikverkortersblijkt, als gevolg van een grotere paaIstijf-heid, averechts te werken.Een horizontale fixering van de paalkoppenis noodzakelijk om instabiliteit van de funde-ring te voorkomen.TenslotteOp basis van de berekeningen werd gecon-cludeerd datvoor ontgravingen dieper dan 4mbeneden maaiveld damwanden noodza-kelijk zijn. Door toepassing van damwandenworden de horizontale (grond)deformatiesbeperkt en wordt voor de voorziene diepereontgravingen een voldoende betrouwbaar-heidsniveau bereiktDe vervormingsberekeningen zijn geba-seerd op een gedraineerd Plaxis-cap grond-model.Gezien de dominante invloed van de grond-verplaatsingen worden de verplaatsingen tij-dens de uitvoering van de sanering gemetendoor middel van hellingmeetbuizen in degrond en boutmetingen op de bouwmuren,zodat bijsturing mogelijk is en het vereistebetrouwbaarheidsniveau kan worden ge-handhaafd.Uit de paalberekeningen volgt dat een hori-zontale fixering van de paalkoppen (dan welvan de begane-grondvloer) vereist is om destabiliteit van de fundering te waarborgen.Deze fixering is door middel van een geslo-ten bouwput op een praktische en afdoendewijze te realiseren.Dehouten palen blijken beterbestand tegende sanerlngsontgravlng dan de betonnenprefab palen. De Vibro-palen blijken hetmeest kritisch.De start van de sanering van werkeenheid 4is medio 1995 voorzien.Literatuur1. Van Staalduinen, P.C. en P.H.Waarts, Na-der onderzoek naar de stabiliteit van funde-ringspalen van woningen in verband met debodemsanering van de voormalige gasfa-briek Kralingen.TNO-rapport94-CON-R1618-001 d.d. 30 no-vember 1994.2. Meermans, w., Probabilistische glijvlakbe-rekeningen.TUDelft, rapport B.85.04.02/11, in samen-werking met TAW-werkgroep E, 1988.3. Brinkgreve, R.B.J., P.A.Vermeer, E.Vos,Constitutive aspects otan embankment wi-dening project International Workshop 'Ad-vances in understanding and modelling themeebantcal behaviour of peat', 16-18 june1993, Delft.4. Waverijn,C.G., Bodemsanering voormaliggasfabrieksterrein Kralingen. Geotechni-sche adviezen ten behoeve van sanerlngs-plan werkeenheid 4 (concept 1). IGM rap-port 94-175/BA van Gemeentewerken Rot-terdam d.d. 27 mei 1994.?Schematisatie ten behoeve van de glijvlakberekeningenQ2N.A.P-0.50-4.50-7.00VEENKLEI,MATIG ZANDIG-12.00KLE 1,HUMEUS-14.50-16.00KLEI,SILTIG1????PLEISTOCEENCEMENT1995/5 71