C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 324H i s t o r i e v a n d ec o n s t r u c t i eDe Beurs is gebouwd tussen 1898en 1903 op een in 1882/1883 aan-gevulddeelvanhetopenwatervanhet Damrak. Het betreffende deelis voorzien van een laag zand, diein dikte varieerde tussen 2 en 7 m.Het terrein heeft tot de bouw vande Beurs gefungeerd als plant-soen. Al tijdens de bouw manifes-teerden zich problemen in hetconstructief concept. Onder meerwerd een aanvullend palenplangeconcipieerd, waarvan het nooitvolledig duidelijk is geworden ofdit wel of niet is uitgevoerd.Tijdens de bouw ontstonden deeerste scheuren en zettingen. Datdeproblemennahetvoltooienvanhet bouwwerk niet over waren,wordt bevestigd door het op 26april 1906 instellen van een `com-missie tot onderzoek van den toe-stand van de Beurs', onder leidingvan dr. P.J.H. Cuypers. Deze com-missie kwam met een voorstel tothet uitvoeren van een groot aantalconstructieve aanpassingen, zoalshet aanbrengen van extra palenaandebuitenzijdevanhetgebouwop de plaatsen waar de funderinghet zwaarst werd belast. Verderhet demonteren van de origineleschoorsteen en die vervangendooreenseparate`fabrieksschoor-steen' naast het gebouw, het hal-veren van de overspanning van deboogconstructies in de grotebeurszaal, het dichtmetselen vanenkele grote muuropeningen, hetaanbrengen van een groot aantaltrekstangen met verankeringenom de slanke metselwerkcon-structies en het dak goed op hunplaats te houden enz.Nadat de aanbevelingen van decommissie waren uitgevoerd, ishet lange tijd stil geweest rond destaat van de constructie van deBeurs. Het ontstaan van scheur-vorming en het verzakken van hetgebouw waren echter niet gestopt.In de archieven van het Bouw- enWoningtoezicht en van PubliekeWerken komt men steeds signa-len tegen dat er nieuwe scheurenen toegenomen verzakkingenwaren geconstateerd. Pas in dejaren vijftig ontstaat nieuwe aan-dacht voor de Beurs. Er wordenlangdurig metingen verricht enuitgebreide grondmechanischeonderzoeken uitgevoerd. Daarbijkomt eindelijk de oorzaak van deproblemen boven water. Kennisover het fenomeen van de nega-tieve kleef, leidt tot de vaststellingdat dit de oorzaak is van de steedsdoorgaande zettingen.In een uitgebreid artikel [1]verwoordden ir. B. Haringsma ening. J.B. Visser de problematiekvan het bouwwerk. Zij geven alsoorzaak voor de verzakkingen deNieuwe paalfundering voorde Beurs van Berlageing. A. de Vries, Dienst Binnenstad Amsterdam ? Civiele en MilieutechniekDe Beurs van Berlage in Amsterdam is een beroemd gebouw. Na bijna 100 jaarkrijgt het gebouw een nieuwe fundering, gezien de voortgaande constructieveproblemendiehetgebouwaltijdheeftgekendendievanafhalverwegedejaren'90, echt zorgelijk werden. Het aanbrengen van een nieuwe paalfunderingbinnen een gebouw is geen eenvoudige opgave. De keuze voor een bijzonderpaaltype bracht de nodige beproevingen met zich mee. Intussen is de uitvoe-ring in volle gang. Het gekozen paaltype heeft in de tijd gezien een gunstigeffect: binnen een jaar tijd zullen de 717 nieuwe palen zijn aangebracht.1 | Aanzicht exterieur(foto beneden)Luuk Kramer, Amsterdam2 | Plattegrond Beursgebouw (ill. rechts)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 3 25negatieve kleef. Het artikel geefteen overzicht van de construc-tieve aanpassingen tot op datmoment. Beschreven wordt eenpartieel funderingsherstel metpulspalen op de eerste zandlaag.In de jaren daarna is regelmatiggemeten en onderzocht. De op-lossing die zich steeds duidelijkeraftekende, was een integraalherstel van de fundering. Voordeze zeer kostbare operatiekonden op dat moment de mid-delen niet worden gegenereerd; erwas zelfs discussie in het Amster-damse politieke milieu over het aldan niet handhaven van de Beurs.In de periode tussen 1962 en 1995is de Beurs regelmatig gecontro-leerd op zakkingssnelheid enbouwtechnische gebreken. Detoestand van het bouwwerk ver-slechterde in deze periode en uit-eindelijk zijn zakkingen gemetenvan meer dan 300 mm.In 1995 wordt de situatie in hetgebouw plaatselijk zo slecht, dateen buitendienstinspecteur eneen constructeur van de afdelingBouw- en Woningtoezicht vande Stedelijke Woningdienst eennauwgezette visuele inspectie uit-voeren. Na rapportage wordtbesloten maatregelen te treffendie tot doel hebben het veilig-heidsniveau van enkele onderde-len extern te laten beoordelen ende controle te intensiveren tot ??nmaal per drie maanden. Hiertoewordt een brief geschreven aanhet Gemeentelijk Grondbedrijf,op dat moment voor de gemeentebeheerder van het gebouw. Dezebrief is de feitelijke aanzet gewor-den tot het funderingsherstel vande Beurs.De beheerder heeft in 1996 op-dracht gegeven tot het vervaar-digen van een degelijke rappor-tageoverdestaatvandefundering.In hetzelfde jaar stelt de beheer-der architect W. Kramer BNA aandie tot taak krijgt een algehele res-tauratie voor te bereiden. Kramerhad al enkele grote restauratie-projecten in Amsterdam metsucces begeleid. De uitgebreidefunderingsrapportage is gemaaktdoor ing. D.W. Maagdelijn van deonderzoeksdienst Omegam vande Gemeente Amsterdam. Zijnrapport bevat een overzicht vanalle meetgegevens en onderzoe-ken, die vanaf de oprichting vande Beurs zijn uitgevoerd. Verderheldere analyses over de oorzaaken het gedrag van de fundering optermijn, alsmede een conclusieover de (on-)bruikbaarheid van defunderingindetoekomstvisievanhet gebruik van de Beurs. De con-clusie luidde: de fundering ver-vangen door een nieuwe paalfun-dering op de tweede zandlaag.De oorzaak van de gebouwverzak-king ligt in het gebrek aandraagvermogen dat de bestaandehouten paalfundering in de eerste3 | Normaalkrachtverloop terplaatse van proefpaal 2C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 326zandlaag kan genereren. Debelasting op de palen (inclusief denegatieve kleef) is hoger dan hetmaximaal mogelijke bezwijk-draagvermogen van de palen inde eerste zandlaag. De palen`ponsen' langzaam door de zand-laag. Het proces is natuurlijkdiscontinu in verband met dekleefontwikkelingopdepaal.Inte-ressant is om te constateren datbijna120jaarnahetaanvullenvande uitloop van de Amstel, hetmaaiveld en het gebouw plaatse-lijk nog steeds met een snelheidvan 3 mm per jaar zakken.In 1997 wordt op basis van voor-noemd rapport besloten tot inte-graal herstel van de fundering.K e u z e v a n h e t p a a l t y p eDe architect heeft constructiebu-reau Evers Partners uit Beverwijkaangezocht om de fundering ende andere constructies te ontwer-pen. In een vroeg stadium heeftvooroverleg plaatsgehad tussende afdeling Civiele en Milieutech-niek van het Bouw- en Woning-toezicht, en de ontwerpend con-structeur. In dit overleg werdentwee belangrijke afspraken ge-maakt.Als eerste werd op initiatief vanEvers Partners afgesproken dat,gezien de staat van het gebouw,zou worden uitgegaan van grond-verdringende boorpalen. Daar-naast werd overeengekomen datvoor de geotechnische adviseringen het paaladvies opnieuw deonderzoeksdienst Omegam zouwordeningeschakeld.Ditlagvoorde hand gezien de opgedane ex-pertise met de Beurs.In de besteksfase werd een adviesgeformuleerd door het ontwerp-bureauvandenieuwaanteleggenNoord-/Zuidlijn van de metro inAmsterdam, om de funderings-palen van de Beurs een basisni-veau te geven dat enkele metersdieper in de tweede zandlaag wasgesitueerd. Dit bleek noodzake-lijk omdat besloten werd het aan-legniveau van de boortunnel, dieenkele meters naast het Beurs-gebouw komt te lopen, enkelemeters dieper te leggen dan hetoorspronkelijke ontwerp waar-mee voor de fundering van deBeurs rekening was gehouden.Naar de mening van de afdelingCiviele en Milieutechniek vanhetBouw-enWoningtoezichtwaseen grondverdringend boorsys-teem voor de palen in eenbeperkte werkhoogte niet meermogelijk. De palen zouden maxi-maal vier meter in een zandlaagmoeten worden gedraaid metconuswaarden die oplopen totmeer dan 30 MPa. In overleg metde beheerder van het gebouw isvoorgesteldomdemogelijkhedenvan een boorpaal met groutinjec-tie te onderzoeken. Deze sugges-tie is overgenomen door EversPartners. Met deze mogelijkheidwas de gunning van het werkinzichtelijker geworden. De aan-nemer had in haar voorstel eenalternatief aangegeven met eenboorpaal inclusief grout-injectievandeBelgischefirmaSmetFoun-dation & Consolidation. Boven-dien was deze hoofdaannemer delaagste inschrijver.Het voorlopig onderzoek naar demogelijkheden van deze paal(Very High Pressure grout-injec-tie paal) [6] wees uit dat met eengemodificeerd concept de moge-lijkheden voor de nieuwe funde-ring van de Beurs goed leken. Erwas ??n probleem: dit paaltypekon niet ingeschaald wordenonder de paaltypen die door degeotechnische regelgeving inNederland worden beschreven.De Nederlandse bouwregelge-ving geeft echter wel mogelijk-heden om nieuwe constructies(dus ook funderingsconstructies),die niet gevat zijn in bestaanderegelgeving, te beoordelen. Ditgeschiedt op basis van artikel 174van het Bouwbesluit en de daarbij4 | Overzicht proefbelastingop het Beursplein5 | Detail van de vijzel op depaalkopC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 3 27behorende paragraaf van gelijk-waardige constructieve veiligheid(artikel 193). Voor de nieuwepalen van de Beurs heeft dit gere-sulteerd in de eis om een seriegeschiktheidsproeven uit tevoeren.E?n van deze proeven betreft hethouden van identieke statischeproefbelastingen op drie volledigge?nstrumenteerde palen (fig. 3).Om de relatie met het bouwwerkzo goed mogelijk te benaderen, isbesloten deze proefbelastingendirect naast de Beurs op hetBeursplein uit te voeren (foto's 4en 5). Naast deze statische proef-belastingen is een in situ proefaangegeven, die bedoeld was omhet effect in kaart te brengen vaneen VHP-paal met groutinjectie,die vlak naast ??n of meerbestaande houten palen wordtge?nstalleerd, op de bestaandefundering. In dit geval werd denieuwe paal niet proefbelast,maar zijn de houten palen in dedirecte nabijheid van de proefpaalge?nstrumenteerd om de be?n-vloeding van het draagvermogente kunnen beoordelen (water-overspanning in de eerste zand-laag, be?nvloeding drukgebiedrond de paalpunt). Deze proefdiende om te kunnen beoordelenof de uitvoering van de funde-ringswerkzaamheden veilig kongeschieden.P r o e v e n m e t d e n i e u w ep a l e nAls eerste zijn de statische proef-belastingen uitgevoerd. Ter voor-bereiding heeft geotechnischonderzoek plaatsgehad. Zes son-deringen zijn uitgevoerd op eenafstand van 1 m uit de plaats waarde assen van de drie proefpalenzouden worden gesitueerd (tweesonderingen per proefpaal). Omonderlingebe?nvloedingvandeinde hoekpunten van een gelijk-zijdige driehoek geori?nteerdepalen tot een minimum te beper-ken, is een minimale onderlingepaalafstand van 10 m gehanteerd.Aan de hand van de later gecon-troleerde waarde van Deqkanworden vastgesteld dat een in deliteratuur veel voorkomendewaarde voor de minimale afstandvan 14 maal Deqvoor de onder-linge afstand van proefpalen, nietis onderschreden.In het zwaartepunt van de `drie-hoek' is een boring uitgevoerd toteen diepte van NAP ? 15,4 m.Tevens zijn maatregelen ge-nomen ter monitoring van hetgrondwater. Op de plaats waar deboring is uitgevoerd, is een peil-buis geplaatst waarvan het hartvan het filter zich in de eerstezandlaag bevond. Om tijdens deinstallatie van de palen de water-spanning in de eerste zandlaagonmiddellijk te kunnen beoor-delen, zijn bovendien twee dyna-mische waterspanningsmetersgeplaatst op respectievelijk 1 en2,5 m uit het hart van proefpaal 1.De ge?nstalleerde voorzieningenvoor het meten van de potentiaalvan het grondwater in de eerstezandlaag zijn van groot belangomdat de bestaande houten palenvandeBeursindezezandlaagzijngeplaatst. Bovendien bevindt zichvlak boven de eerste zandlaag eenwaterafsluitende laag met daar-boven een significant hogeregrondwaterpotentiaal. Mocht tij-dens de installatie van de VHPgroutinjectiepalen de waterke-rende laag worden verstoord, danzal de grondwaterpotentiaal in deeerste zandlaag toenemen metnadelige gevolgen voor het draag-vermogen van palen die in dedirecte nabijheid van de versto-ring in de eerste zandlaag zijngeplaatst. Een dergelijk effect zoudus schade aan het bouwwerkkunnen veroorzaken tijdens hetmaken van de nieuwe fundering,zolang deze nog niet als zodanigfunctioneert.P a a l t y p eDe proefpalen en ook de ge-bruikte palen bestonden uit eenstalen buis met een uitwendigediameter van 178 mm en eenwanddikte van 24 mm. Aan depunt is een vlakke bodemplaatgelast. Haaks op de bodemplaat iseenindriehoekvormuitgesnedenplaat gelast (foto 6) en in debodemplaat zijn drie openingen(nozzles) opgenomen voor dedoorvoer en het richten van degroutstraal.De werkwijze (foto 7) is als volgt:elke paal is opgebouwd uit eenaantal elementen die gaandeweghet inbrengen met schroefdraadworden verbonden. Als met heteerste element ongeveer 1 m diepis geschroefd start het grouten,waardoor het groutlichaam zichrond de paal gaat vormen. Vanafeen bepaalde diepte wordt degroutdruk opgevoerd om eengrotergroutlichaamteverkrijgen.De stalen buis blijft in de paalachter. Tot 5 m boven het te berei-ken paalpuntniveau werd de ont-werpdiametervandepaalbepaaldop 350 mm (uitwendige diametervan het ontstane groutlichaam)en voor de onderste 5 m was dit600 mm. Voor het eerste trajectwerd de groutdruk door de paal-fabrikant bepaald op 50 bar envoor het diepere traject op 250 bar.Het ontwerp-paalpuntniveau voorde proefpalen is bepaald op 19,50m ? NAP. Dit betekent dat de paalongeveer 2,5 m in de tweede zand-laag staat en circa 0,5 m in lagenmet conuswaarden die boven 20MPa liggen. Om praktischeredenen was het niet mogelijkdieper te gaan. Er was namelijkmaximaal 400 ton ballast beschik-baar en voorlopige inschattingengaven aan dat het bezwijkdraag-6 | Paalpunt met opgelasteplaatC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 328vermogen met de door de paalfa-brikant aangegeven paaldiame-ters in de buurt van 3700 kN zoukunnen liggen. Elk van de proef-palen was ge?nstrumenteerd ten-einde op afzonderlijke wijze depuntzakking,dekopzakkingenderelatieve vervorming op zes rele-vante niveaus (met rekstrookjes)te kunnen meten.P r o e f b e l a s t i n g e nDe resultaten van de proefbelas-tingen, die na minimaal 28 dagenwerden uitgevoerd, bevestigdenoverduidelijk het nut van degeschiktheidsproeven. Het rap-port van Omegam geeft een gede-tailleerd overzicht van de belas-tingsoverdracht van de palen opde draagkrachtige lagen. Hetdraagvermogen in de bezwijktoe-stand, berekend met behulp vande methode Van der Veen,bedroeg respectievelijk 2000,2300 en 1900 kN. Dit was aan-zienlijk lager dan verwacht, maarna onderzoek van andere meet-gegevens werd de oorzaak duide-lijk. Van de ingepompte groutwaren van alle palen en op ver-schillende paalniveaus proefku-bussen gemaakt. Laboratorium-onderzoek leverde de elastici-teitsmodulus van de grout, die incombinatie met de gegevens vande rekstrookjes en van de belas-ting op de palen, genoeg infor-matie verschaften om de door-snede te kunnen berekenen.Daaruit bleek dat in het hogetraject (met de lage groutdrukgemaakt) de diameter van de paalniet 350 mm was maar 260 mm.De injecteerbaarheid van degrondlagen ter plaatse van deBeurs bleek dus significant af tewijken van de ervaring van depalenfabrikant. In het dieperetraject bleek de diameter niet 600mm maar 450 mm te zijn. Bere-keningen van het paaldraagver-mogen met deze nieuwe afmetin-gen gaven een goede gelijkenismet de proefbelastingen. Uitwer-king van de proefbelastingsresul-taten leverde respectievelijkewaardenvoorFr;maxvan1920,2185en 1970 kN.Nabij de ge?nstalleerde proefpa-len is ook na-gesondeerd. Er zijnzes sonderingen gemaakt opdezelfde afstand van de palen(opnieuw twee per paal), echternu 90 graden verdraaid. Daar-naast zijn drie sonderingengemaakt op 0,5 m uit de paalas(??n per paal). Deze sonderingenhebben geleerd dat de conus-waarden ter plaatse van de eerstezandlaag op 1 m uit de proefpalennauwelijks veranderd. Op 0,5 muitdepaalasvindtenigeterugloopvan de conuswaarden plaats. Aan-gezien de nieuwe palen niet zodicht op de oude houten palenstaan, is de gebruikte werkme-7 | Productie van ??n van de717 VHP-palenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2001 3 29thodiek acceptabel. De be?nvloe-ding van de conuswaarden in detweede zandlaag, waar integraalmetdehogegroutdrukisgewerkt,is marginaal.WaterspanningsmetingenDe resultaten van de waterspan-ningsmetingen waren mindergunstig. De potentiaalverhogingop 1 m afstand van proefpaal 1was maximaal 2,5 m waterkolom,en op 2,5 m afstand maximaal 1,6m waterkolom. De oorzaak vandeze ongunstige uitkomst iswaarschijnlijk te wijten aan hetfeit dat bij de proefpalen de grout-druk in de eerste zandlaag is ver-hoogd van 50 naar 250 bar (op14,50 m ? NAP). De waterover-spanning verdween na enkeleuren, wat inhield dat de water-kerende laag boven het eerstewatervoerende pakket niet blij-vend was geperforeerd. De inpan-dige proef, die de werkelijk tegebruiken paal betrof, moest overde gevolgen van de waterspan-ningsverhoging uitsluitsel geven.Deze paal werd dieper aange-bracht en de omslag van werkenmet 50 bar naar 250 bar lag onderhet eerste watervoerende pakket(eerste zandlaag).VHP-proefpalenVoor de inpandige proef met deVHP grout-injectiepaal is eendynamische waterspanningsme-ter aangebracht in het eerstewatervoerende pakket (eerstezandlaag) op een afstand van 1 mvan de paalas van de nieuw temaken paal.Ter plaatse is de fundering bloot-gelegd door een inspectieput tegraven. Het deel van de oude fun-deringvandeBeursisoptekeningvastgelegd en er zijn penetrome-terproeven uitgevoerd op het fun-deringshout. Al het onderzochtefunderingshout (ca 100 jaar ingebruik) haalde de kwalificatie`goed'.Vier houten palen in de directenabijheid van de te maken VHPgrout-injectie paal werden ge?n-strumenteerd. Al deze palenwerden voorzien van een meet-pen teneinde de stijging en/ofdaling te kunnen meten tijdenshet maken van de VHP-paal. Vantwee palen is de kopstijginggemeten die optrad tijdens hetwegzagen van het bovenste deelvan de paalkop, teneinde op dezeplaats een drukvijzel te kunnenplaatsen. Met behulp van dezevijzels is daarna de gemetenkoprijzingweerweggedruktendedaartoe benodigde vijzelkrachtgemeten. De gemeten waardenvoor de kopstijging waren 4,0 en3,8 mm en de respectievelijke vij-zelkrachten waren 115,2 en 108,3kN. De paalkopdiameters vandeze palen waren respectievelijk235 en 255 mm.De vervolgens gemaakte VHP-groutinjectiepaal is aangebrachtop een diepte van NAP ? 22,50 m(advies ontwerpbureau Noord-/Zuidlijnvoordezesitueringinhetbeursgebouw), waarbij tot NAP ?18,50 m de groutdruk op 50 bar isbegrensd en daaronder op 250bar.Tijdens het maken van de VHP-paal is de kracht in de vijzels mar-ginaal (maximaal 2 kN) toegeno-men (!). Dit werd tevens bevestigddoor de hoogtemeting van demeetpennen. Deze kwamen tus-sen 0,1 en 0,3 mm omhoog.De waterspanningsmeter gaf eenverhoging van maximaal 1,15 mwaterkolom aan. Binnen een uurna de vervaardiging van de paalliep dit terug naar ongeveer 0,20m. Na vier uur was het verschilminder dan 0,05 m. Dezewaarden werden als acceptabelbeoordeeld.T e n s l o t t eDe gehele exercitie van de ge-schiktheidsproeven heeft allebetrokken partijen veel geleerd enheeft uiteindelijk geleid tot accep-tatie van een voor de Amster-damsebinnenstadinnovatiefpaal-systeem. Het is niet alleen deconstatering dat met de gevolgdeonderzoekswijze de palen correctkunnen worden ontworpen, ookde werkwijze is getoetst aan depraktijk en lopende het procesaangepast.Depalenfabrikantheeftbovendien gedurende de tijd datde onderzoeken in uitvoeringwaren de gelegenheid gehad omtechnische details aan de paal teverbeteren en de logistiek op debouwplaats te optimaliseren. Alsklap op de vuurpijl is de totale uit-voeringstijdvanhetmakenvandepalen met bijna een jaar bekort opde planning. De 717 nieuwe palenonder de Beurs van Berlageworden in ongeveer een jaar aan-gebracht. Projectgegevensopdrachtgever:Dienst Binnenstad Amsterdam,afdeling Civiele en Milieutechniek vanhet Bouw- en Woningtoezichtontwerpend constructeurfundering:Evers Partnersonderzoek:onderzoeksdienst Omegamhoofdaannemer:Hillen & Roosenaannemer paalfundering:Smet Foundation & ConsolidationL i t e r a t u u r1. Onderzoek Beurs vanBerlage, rapportage project(12)10.472 ? onderzoeks-dienst Omegam.2. Beurs van Berlage, proef-belastingen project(12)11.852 ? onderzoeks-dienst Omegam.3. Beurs van Berlage, inpandigepaalproeven project(12)11.873 ? onderzoeks-dienst Omegam.4. Ons Amsterdam, 14e jaargangnr 8 (1962), De AmsterdamseBeurs van A tot Z.5. De Ingenieur, 16e jaargangnr 45 (1901), De nieuwebeurs te Amsterdam.6. VHP-grouting, aanwinstvoor funderingstechniek.Cement 1991 nr. 12.