? ? geotechniek ? bouwgeschiedenisW.J.M. de Vet, Technische Universiteit DelftGeotechniekis in Nederland een relatiefjongbegrip. Maarhet vakgebied kent eenlangensoms turbulent verleden.Dit artikel belicht een aantal mijlpalen in de geschledents van de geotechniek, te begin-nen met de funderingspraktijk die tot ongeveer 1850 gebruikelijk was. :Het accent ligtechter optechnische innovatiesin de twintigste eeuw. Gezien de achtergrond van Cementstaat beton hierbij centraal.DE HISTORIEVANDE GEOTECHNIEK44Geotechniek omvat de grondmechanica ende funderlngstechnologle, Vooral met hetfunderen op slechte bodem heeft de Neder-lander eeuwenlang ervaring. De grondme-chanica als wetenschap is pas in deze eeUWtot ontwikkeling gekomen. Voor ontwerpersen constructeurs van funderingswerken kaninzicht in het ontstaan en de ontwikkelingvan toegepaste technieken interessant zijn.Kennis van het verleden werkt vaak alseye-opener voor dagelijkse problemen. Detoepassing van nieuwe materialen en inzich-ten onder gewijzigde omstandigheden kanniet-rendabele technieken uit het verledenopnieuw aantrekkelijk maken, getuige bij-voorbeeld de herintroductie van de Delta-paal.Voor 1850Van oudsher werden ook op de slappe bo-dem van West- en Noord-Nederland de veel-al houten huizen op staal gefundeerd. Alleenkerken, torens en andere grote gebouwenwerden gefundeerd op slieten, korte houtenpaaltjes. Gedurende de zestiende eeuwwerd in de woningbouw hout vervangen doorsteen. Grote stadsbranden die al vanaf demiddeleeuwen optraden, waren hiervooreen belangrijke aanleiding. Vanwege dezwaardere bouwen de grotere kans op scha-de bij zettingen - metselwerk is immers min-der flexibel dan hout -werd aan de funderingmeer aandacht geschonken. De besturenvan steden stelden bouwreglementen op enlieten 'Rooymeesters' (inspecteurs) toe-zicht houden.In de zeventiende eeuw kwam het heien vanhouten palen in zwang. Het was gebruikelijkom op de plaats waar het gebouw moest ko-men, eerst een bouwput te graven tot onderhet grondwaterniveau. De meeste houtenheipalen rotten snel als ze boven het grond-water komen te staan [1].In de blubber van de slecht of geheel nietontw?terde bouwput werd geheid. Daarbijwerden de zogenaamde Hollandse driepoot-heistellingen met valblokken meestal ge-heel door mankracht bediend. Soms werdpaardekracht ingeschakeld (fig. 1).Het magduidelijk zijn dat het werk zwaar,ge-vaarlijk en tijdrovend was. ToenNederland inde tweede helft van de negentiende eeuwsnel begon te moderniseren, waren innova-ties in de bouw broodnodig. De mechanisa-tie van het heien was daar een belangrijk on-derdeel van. De ontwikkeling van een geheelnieuw constructiemateriaal is echter zekerzo interessant: (gewapend) beton.Betonnen paalfunderingenDe ontwikkeling van het beton had grote ge-volgen voor het bouwproces en daardoorook voor de funderingswereld. Vanaf deeeuwwisseling veroverde de gewapend-be-tonpaal geleidelijk de fundertngsmarkt, Dezwaardere palen en een veel stijvere boven-bouw maakten het mogelijk de afstand tus-sen de heipalen sterk te vergroten, zodatminder palen geheid hoefden te worden. Ditleverde een flinke tijdwinst en duskostenbe-sparing op. Bovendien lieten betonpaleneen grotere geconcentreerde belasting toe,waardoor op slechte grondslag hoger ge-bouwd kon worden.Deze voordelen lijken tegenwoordig overdui-delijk, maar aan het begin van deze eeuw wa-ren de kaarten nog niet zo geschud. :Er be-stond veel verzettegen het nieuwe materiaalgewapend beton. Enerzijds zag een uitge-breide houthandel haar belangen bedreigd,anderzijds was er in de wetenschappelijkeCEMENT1995j5wereld en in de bouwwereld veel twijfel overde duurzaamheid van het materiaal. Metna-me werd lange t?d gevreesd voor scheur- enroestvorming :in de palen.De HollandsChe Maatschappil tothetmakenvan Werken in Gewapend Beton beilverdezich zowel in Nederland als in Nederlands-In-di? de gewapend-betonpaal geaccepteerdte kr?gen. Proefbelastingen enproefprojec-ten moesten de deugdeliikheid aantonen.Omstreeks 1915 steeg door schaarste depr?svan hout boven die van beton uit. In Indi?was een groot gebrek aan houten palen, ter-wijl in Nederland aangevoerd hout vaak uitspinthout van de grove den bestond en zoslecht van kwaliteit was, dat het zelfs onderwater bedierf.De eerste in de grond gevormde pa/enIn de prakt?k werd beton voor het eerst toe-gepast b? in de grond vervaardigde palen. In1900 werd in Nederland voor het eerst eenpaalsysteem volgens de methode van deFranse ingenieur Dulac toegepast b] debouw van een abattoir in Maastricht (fig. 2).Het systeem berustte op samenpersing vande ondergrond.Met een stoomlier en een heistelling zondergeleiders werd een 1,5 ? 2 ton zwaar kegel-vormig heiblok -de 'carotte' of 'perforateur'-voortdurend opgetild en losgelaten, waar-door in de bodem een steeds dieper gat ont-stond (fig. 3). Aangezien het gat niet werdCEMENT1995/5gesteund, was deze methode uitsluitend ge-schikt voor tarneljk vaste grond.Wanneer het gat tot in de draagkrachtigelaag reikte, werd begonnen met het makenvan de paal. In het gat werden afwisselend50 cm dikke lagen steenstukken en betongestort. Het heiblok werd vervangen dooreen stampblok - de 'bourreur' of 'navet' "waarmee de paal laag voor laag werd aange-stampt. De zeer grillige, ongewapende paaldie ontstond, heette Cernpressol-paal [3].Deze methode stond aan de basis van aller-lei paalsystemen waarb? eerst een stalenmantel werd ingeheid, die vervolgens werdvolgestampt met beton. Het beton kon ge-heel of gedeeltel?k van wapening wordenvoorzien, afhankelijk van de bodemsamen-stelling en de paallengte. B? een aantal sys-temen bleefde buis in de grond achter, zoalsb? de Janssen- en de Kafka-paal.Meer toepassing vonden systemen waarbilde mantel t?dens het betonneren werd ge-trokken. Doordat de paal een verzwaardevoet en een onregelmatige mantelvormkreeg, nam de draagkracht over het alge-meen sterk toe.Vanaf omstreeks 1915 werden naastStrausz- en Simplex-palen volgens dit sys-teem explosiepalen gevormd met het sys-teem Wilhelmi. Ttidens het optrekken van debuis liet de heier aan de onderziide een brisantlading ontploffen, waardoor een gat gevormd werd dat zich met beton vulde [4].Heien met paardekracht rond 1800 [2JToestellen voor de methode Ou/ac [3J1 = perforateur2 = bourreur3 = proefgewicht4 = s/uitringHet slaan van gaten met de methodeOu/ac [3145? ? geotechniek ? bouwgeschiedenisDwarsdoorsnede Hennebique-paalLange ontgraven Franki-palen voor delinkeroprit van de Maastunnel in Rotterdam[10J46Geprefabriceerde palenHet gewapend beton komt oorspronkelijk uitFrankrijk. In 1892 deponeerden daar Fran-?ois colgriet en Fran?ois Hennebique iedereen eigen systeem (fig. 4). :In 1894 werd deeerstegeprefabriceerde heipaal van hetsys-teem Colgriet beproefd [5].Hennebique volgde spoedig en veroverde dewereldmarkt. Zjn systeem wist palen, funde-ringsplaten en bovenbouwte combineren totmonolietconstructies [6]. In 1906 werd ge-wapend beton volgens het systeem Henne-bique na langdurige beproeving in Frankr?kofficieel erkend en gereglementeerd [7].InNederlandwasdescepsisoverhetnieuwebouwmateriaal eveneens groot: tot groot-schalige toepassing kwam het pas na enkeledecennia. In deze periode werd de paal veel-vuldig en langdurig beproefd, onder meerdoor R?kswaterstaat. Pas omstreeks 1920werd de geprefabriceerde heipaal van gewa-pend beton breed geaccepteerd.OpzettersOok bij het funderen methouten palen bleekbeton mogeliikheden te bieden. B? diepegrondwaterstand of indien de heibaas degrondslag verkeerd had ingeschat en te kor-te palen had gekozen, werden deze, zodra zetothet rnaaiveld of de putbodem waren inge-heid, verlengd met een kort gewapend-oe-tonnen deel, opzetter of oplanger genaamd.Hierdoor werd voorkomen dat een diepebouwput met bemaling moest worden aan-gelegd, hetgeen veel t?d en geld bespaarde.In Duitsland werden houten palen vanaf1904 verlengd door het ter plaatse stortenvan betonopzetters [8].In 1921 pasten de ingenieurs C.Slim enP.Bergsma van Openbare Werken te Amster-dam betonnen opzetters toe bij de funderingvan een nieuwe volksbuurt op een opgespo-ten terrein [8,9].Franki-palenIn Belgi? ontwikkelde ingenieur Frankignouleen uitgewerkt systeem voor in de grond ge-vormde palen, de Franki-palen. De buiswordt op het werk aan de onderz?de eerstvoorzien van een prop van droge betonspe-cie. Met een zwaar, cilindervormig heiblokwordt deze prop zo stevig tegen de buiswandgestampt, dat de buis bij verder heien op deprop wordt meegetrokken. Wanneer de paal-punt met de betonpropin de draagkrachtigelaag is geslagen, wordt de prop losgeheld.Daarna wordt de buis opgetrokken ondervoortdurend nastorten van beton. Hierdoorontstaat een betonpaal met een ruw mantel-oppervlak (fig. 5) en dus een grote kleef.Proefbelastingen, verricht door Gemeente-werken Rotterdam in de Blijdorppolder in1933, leverden bevredigende resultaten. Bijde aanleg van de zuidelijke toerit van deMaastunnel in 1937 werden Franki-palengebruikt.SchroefpalenSchroefpalen werden voor het eerst in 1891toegepast bij de fundering van een spoor-brug in de I?nK?nigsberg -Lablauer, De mas-sieve schroefpunt en de holle verlengbuizenvan 0;78 m doorsnede werden ingeschroefddoor een zware locomobiel. Nadat de palenop hun plaatswaren gebracht, werden zevol-gegoten met beton. De kostprjs, f 380,-permeter paal, was zo hoog dat deze primeurweinig navolging vond [11].later werden twee varianten ontwikkeld: degrondverdringende en niet-grondverdringen-de schroefpaal. De eerste combineert devoordelen van de hei- en de boorpaal: ener-z?dseen hoog puntdraagvermogen c.q. lagezetting, doordat geen ontspanning rondomhet schroefgat plaatsheeft, anderzjds gerin-ge geluids- en trillingsoverlast. Bekende sys-temen ziln de Fundexpaal en de Tubexpaal,beide rond 1960gepatenteerd door de firmaVerstraeten uit Oostburg.De avegaar (een niet grondverdringendeschroefpaal) werd pas rond 1970 in Neder-land ge?ntroduceerd. Het was toen echterbepaald geen nieuw systeem.Reeds voor deTweede Wereldoorlog was het in de USAuit-gedacht. In Japan werd het ontwikkeld als al-ternatief voor het heien in dichtbevolkte ste-den.Overige paalsystemenVan de overige paalsystemen zlln boor-engraafsystemen het meest toegepast. Eenkleinere, maar zeer inventieve techniek voorhet inbrengen van palen werd :in Amsterdamontwikkeld. De 'De Waal-paal' was een hollegewapend-betonpaal. In 1911 werden deeerste proefpalen geplaatst in een park bijhetAmsterdamse Jacob Marisplein.Hetsys-teem heette toen nog DeWaal-Hazelhoff. Depalen werden ter plekke uit ??n stuk gego-ten. Om deze palen te steunen en ze deCEMENT1995j5grond in te drukken, verrezen op de bouw-plaats reusachtige stellages tot wel 20 mhoog. De fundering van een superfosfaatfa-briek in Amsterdam in 1916 was een van deeerste grote werken met De Waal-palen(foto 6).Bijzonder aan dit systeem is, dat het nietwordt ingeheid, maar ingetrokken met be-hulp van (hand)lieren en takels. De De Waal-paal is dus geen heipaal. Vanwege het ont-breken van trillingen is dit systeem geschiktvoor toepassing nabij bestaande bebou-wing. Tot ongeveer 1970 werd vaak voor DeWaal-palen gekozen bij herstelwerk aan fun-deringen.Andere funderingstechniekenInjecterenNaast het verstevigen van de funderlngs-grondslag door het aanbrengen van palenkan dit doel ook worden bereikt door degrond zelfte versterken via impregneren metgrondinjecties. Ditlshetonderdrukinpersenvan een vloeistof in de grond, met als doel dedoorlatendheid van de bodem te verkleinenof de stabiliteit ervan te vergroten.In Bremen werden in 1890 proeven geno-men met het inpersen van droog cement ineen zandbodem onder water [12].In het buitenland werd ditproc?d? terverbe-teringvan rotsachtige bodem geregeld toe-CEMENT1995/5gepast. Vanwege de grote viscositeit van ce-mentmengsels en de fijne zand- en kleigron-den in Nederland, bood deze methode hierweinig soelaas.In 1925 introduceerde dr.Hugo Joosten eencombinatie van natriumsilicaat en cal-ciumchloride als injectievloeistoffen. Dezevloeistoffen worden met twee lansen in debodem gebracht en verharden daar bij con-tact direct. Cement speelt hierbij verdergeen rol.CaissonsOns land kent een lange traditie van funde-ren op stenen putten en caissons. Caissonskunnen zowel in open water als op het landworden toegepast.In Chili paste prof.dr.ir.J.Kraus kantelbarecaissons toe bij de aanleg van kademuren,golfbrekers en beschuttlngsrnuren in de ste-den Talcahuano (1895) en Valparaiso(1901-1903). Deze 'grote, holle, betonijze-ren zinkbakken' werden op de vaste wal ingeschikte steigers gebouwd (foto 7).De kantelbouw had twee voordelen. De grotewandvlakkenkonden als vloer worden ge-stort en het transport over zee vereiste geenal te grote waterdiepte. Op de plaats van be-stemming werden ze door middel van ballas-ten gekanteld en afgezonken op de zeebo-dem. Het werk werd uitgevoerd door de Hol-De fundering van een superfosfaatfa-briek te Amsterdam in 1916foto: bedrijfsarchief Walinco, AmsterdamHaal de heiLaat vallen de heiin beden zet.47? ? geotechniek ? bouwgeschiedenisKante/caissons in Ta/cahuano, Chilifoto's: Cees Koop, HBW, GoudaIn Hellevoetslnis en daar staateen huisvan van drieDaar de dochters vanthuis,ene van twee?, van48landsche Maatschappij tot het maken vanwerken in Gewapend Beton [13].Bij toepassing op het land worden caissonsop het maaiveld geconstrueerd en daarnadoor ondergraving opde gewenste diepte af-gezonken. Twee typen caissons zijn in ge-bruik. Het meest eenvoudige, open caissonheeft geen bodem. De ontgraving aan de on-derzijde van de caisson heeft plaats onderhet grondwater.Met dichte caissons is het met behulp vanverhoogde luchtdruk mogelijk omin den dro-ge te ontgraven. In 1841 paste de Franse in-genieur Trlger voor het eerst pneumatischecaissons toe voorzien van een werkkamer.In Nederland werden pneumatische cais-sons voor de eerste maal toegepast bij defundering van enkele brugpijlers in het Hol-landsch Diep aan de Moerdijk in 1868 en1869. De stalen werkkamers werden op deoever gereedgemaakt, drijvend naar de juis-te plaats gebracht en daar in de grond lnge-graven tot ruim 22 m diepte (foto 8) [14].De overdruk in de werkkamer werd geleverddoor stoomgedrevenluchtpompen (foto 9).Bij de vernieuwing van het westelijke viaductbij Amsterdam-CS werden tussen 1905 en1907 voorhet eerst pneumatische caissonsmet een werkkamer van gewapend betontoegepast [15]. Later zijn deze caissonsveelvuldig gebruikt, zoals bij de aanleg vande Maastunnel in Rotterdam (1937) en demetro in Amsterdam (1972-1977).Het werken onder luchtdruk brengt extracomplicaties en risico's met zich mee. Op22mei 1905 publiceerde het Staatsblad deeerste Caissonwet, gevolgd door het Cais-sonbesluit op 26 januari 1907. Dit schreefdiverse maatregelen voor ter beschermingvan werknemers tegen de caissonziekte.CEMENT1995/5? IJzeren werkkamer voor fundering pij-lers Moerdijkbrugfoto: Tr?sor Centrale bibliotheek, TU DelftGrondmechanicaTegenwoordig is funderen nauwelijks meervoor te stellen zonder grondmechanisch on-derzoek. Overalwaar de draagkracht of sta-biliteitvan de ondergrond in hetgedmgts, be-hoort een geotechnisch onderzoek tot devoorgeschreven standaardprocedures.Omstreeks 1900 worstelde de bouw- en in-genieurswereld geregeld met onoverkoom-bare funderingsproblemen. Door de schaal-vergroting in de industrie en de stormachtigegroei van de spoorwegen, werd het steedsvaker nodig grote constructies te bouwen opslechte gronden. De verzakking van de per-ronoverkapping van Amsterdam-CS veroor-zaakte tussen 1886 en 1889 veelhoofdbre-kens en openbare twisten.De afschuiving van een stuk spoordijk tus-sen Beek en Bunde inLimburg leidde tussen1892 en 1894 tot verhitte debatten in deTweede Kamer. Hoewel een remedie werdgevonden, ontbrak het totaal aan inzicht inde stabiliteit en het gedrag van grond.Het waren zoals gewoonlijk calamiteiten, indit geval de grote overstroming in Noord-Hol-land van 13 op 14 januari 1916 en de spoor-rampbij Weesp op 13 september 1918, dieeen doorbraak forceerden. De plotselingeafschuiving van een groot stuk spoordijk na-bij Weesp (foto 10) veroorzaakte de grootstespoorramp uit de vaderlandse geschiedenistot dan. Er vielen 41 doden en 42 min ofmeer ernstig gewonden te betreuren [16].Op11 december 1920werd doorde afdelingBouw- en Waterbouwkunde van het Klvl de'Commissie inzake het onderzoek van hetdraagvermogen van bouwgrond' ge?nstal-leerd. De commissie begon haar opdrachtmet een inventarisatie van bestaande ken-nis en inzichten die in de praktijk werden toe-gepast. Ze schreef 1747 technici aan meteen vragenlijst over drie thema's: het be-staande onderzoek naar draagvermogenvan bouwgrond, de voorschriften in plaatse-lijke bouwverordeningen en de overige nor-men die bijde funderingwerden gehanteerd.De resultaten waren verontrustend. Vrijweliedereen hanteerde andere normen en voor-schriften, terwijl bijna tweederde van de res-pondenten grondonderzoek geheel overbo-dig achtte [17].De wetenschappelijke instituten namen detheorievorming en het onderzoek voortva-rend ter hand. In Nederland werd ir.A.S.Ke- .verling Buisman (1890-1944) in 1919 be-noemd tot hoogleraar in de toegepaste me-chanica aan de Technische Hogeschool teDelft. Vanuit de toegepaste mechanica leg-de hijzich uitpersoonlijkeinteressetoe op debestudering van de eigenschappen vangrond. In 1932 werd onder zijn auspici?n hetLaboratorium voor Grondmechanica (LGM)te Delft opgericht, waar veel beproevings-technieken en apparaten werden ontwik-keld, zowel voor terrein- als laboratoriumon-derzoek.CEMENT1995j5Luchtpompen voor pneumatische cais-sons Moerdijkbrugfoto: Tr?sor Centrale bibliotheek, TU Delft49? ? geotechniek ? bouwgeschiedenisIn 1931ontwikkeldeir.P.Barentsen van Rijks-waterstaatsamen met de NVGoudsche Ma-chinefabriek het eerste mechanische hand-sondeerapparaat (foto 11). :In 1935, de be-ginperiode van het diepsonderen,werden demet behulp van sondeergegevens voorspel-de draagvermogens vergeleken met proef-belastingen, die in samenwerking met Rijks-waterstaat Directie Bruggen te Zwijndrechtwerden uitgevoerd. De voorspelde draagver-mogens bleken wonderwel overeen te stem-men met de proefbelastingen.Het verband tussen paalpuntdraagverrno-genen sondeerconusweerstand was ge-legd. Naar aanleiding van systematisch on-derzoek leidde ir.AW.Koppejan in 1952 eentot op heden veelvuldig toegepaste metho-de af om een direct verband tussen sonde-ringen en toelaatbare paalbelasting te bere-kenen. Bij andere projecten, zoals bij de fun-dering van het gebouw voor de Raad van Ar-beid in Amsterdam in 1941, werd het ver-band tussen sondeerwaarden en kalendersbepaald. Tussen de dynamische paaIpunt-weerstand bij het kalenderen ende statischbepaalde sondeerwaarde bleek echter nietaltijd overeenkomstte bestaan. Heiformuleswerden naar de achtergrond gedrukt tengunste van sondeeronderzoek. Het sonde-ren werd geleidelijk aan erkend als een be-50trouwbare methode om het funderingsplante ontwerpen.De toekomstVerschillende oude funderingstechniekenkrijgen thans opnieuw erkenning. Het stre-ven om grondmechanische en funderings-technische werken steeds sterker te norme-ren, wortelt in een recent verleden. Wie zichafvraagt hoe de toekomst zal zijn, vindt mo-gelijk een antwoord in het volgende citaatvan Bilderdijk:'Het heden wordt gisteren: in 't verleden ligthet heden, in het nu, wat worden zal'.Spoorwegongeluk bij de brug over hetMerwedekanaal te Weesp op 13 september1918foto: Spoorwegmuseum, Utrecht; SHT Eind-hovenLiteratuur1. Franx, C , Merkwaardige oude fundamen-ten blootgelegd te Rotterdam. Weg- en Wa-terbouw, 1948, nr 3-4.2. Reimer, D., Praktische AnweisungzurWas-serbaukunst, erstes Heft, Berlin, 1830, fig.55-57 bij blz. 35; Ir?sorCentrale BibliotheekTU Delft.3. De Ingenieur 1900, blz. 282-285.4. Verhey, B.A.,Funderingen op palen, puttenen caissons. Leiden, 1915, blz. 42-47.5. De Ingenieur 1900, blz. 511.6. De Ingenieur 1910, blz. 812-817.7. Delhumeau, G., J.Gubler, R.Legault, C.Si-monnet, Le b?ton en representation -Ia m?-moire photographlque de I'entreprise Hen-nebique 1890-1930. Paris, 1993, blz.185-186.8. De Ingenieur 1927, blz. 585-592.9. De Ingenieur 1921, blz. 184-185.10. Franki-mij Rotterdam, Frankl-palen, Rot-terdam, 1949.11. De Ingenieur 1891, blz. 460-461.12. De Ingenieur 1890, blz. 355.13. Mesman, T.J., Rapport Caissonbouw1902-1977. HBG, 1977.14. De Bruyne, JA, De Geschiedenis van Ne-derlandin onzen tijd, deel (1862-1872).Schiedam, 1896, blz. 536.15. De Ingenieur 1907, blz. 95-107;114-123; 372.16. Verslag van de Commissie van Onder-zoek in zake het ongeval met trein 102 derHollandsche Ijzeren Spoorwegmaatschap-pij. 's-Gravenhage, 1919-1920.17. De Ingenieur 1922, blz. 940.Het handsondeerapparaat van Barent-senfoto: de Vet, collectie GMF, Waddinxveen?CEMENT1995/5