C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO ndergronds bou wen26 cement 2006 7Het bestaande monument bestaatuit een massieve metselwerkcon-structie en is gefundeerd op onge-veer 8000 houten palen met eenlengte van 13 tot 16 m. Op de be-gane grond zijn de muren onge-veer een meter dik. In zijn alge-meenheid bevindt het gebouwzich in goede staat en is de scheur-vorming beperkt. Uit funderings-onderzoek is gebleken dat de staatvan de fundering weliswaar goedis, maar dat de palen redelijkzwaar belast zijn.De diepe bouwputten hebben gro-te invloed op de draagkracht enhet vervormingsgedrag van depaalfundering van het bestaandemonument. De belangrijkste ont-werpfilosofie was om de construc-tieve integriteit van het bestaandegebouw te garanderen. Praktischgezien heeft dit geleid tot de vol-gende ontwerpregels:? er wordt geen belasting toege-voegd op de bestaande funde-ring. Een overschrijding van 5%wordt als maximaal toelaatbaargeaccepteerd;? bij aanpassingen aan bestaandeconstructies blijven deze gefun-deerd op de originele palen,eventueel via nieuw te makenoverdrachtsconstructies;? nieuwe constructies buiten hetgebouw worden geplaatst opnieuwe palen;? tussen nieuwe en oude con-structies worden dilatatieprofie-len toegepast;? toepassing van zettings- en tril-lingsreducerende bouwmetho-dieken bij aanleg van de bouw-putten;? monitoringsstrategie tijdens deuitvoering.B o u w p u t o n t w e r pVoor het maken van de onder-grondse kelders is een afweginggemaakt tussen een traditionelebouwput met een open bemalingen een bouwput met onderwater-beton. Als voornaamste keuzecri-teria zijn aangehouden:? vermijden van risico's in de uit-voering;? beperken van de invloed op hetbestaande gebouw;? introduceren van ontwerpflexi-biliteit.Gezien de karakteristieke Amster-damse grondopbouw was eenopen bemaling in principe moge-lijk. Uit oude boringen en sonde-ringen was af te leiden dat er eenwaterafsluitende laag aanwezigwas op ongeveer NAP -11 m, netboven de eerste zandlaag. Evenwelkon niet meer met zekerheid wor-den gesteld dat die overal aanwe-zig was. Omdat de binnenplaatsenten tijde van de ontwerpfase nogvolgebouwd waren, was aanvul-lend onderzoek erg lastig. Eenbouwput met onderwaterbetonsluit dit risico uit.De stijfheid van de bouwput heefteen directe relatie met de invloedop het bestaande monument. Ditis een groot voordeel van eenbouwwijze met onderwaterbeton.Door de ontgraving in den natte entoepassing van het stijve stempelop de bodem van de bouwkuipworden de vervormingen van dedamwanden gereduceerd. Hier-door wordt de invloed van de ont-graving op het bestaande gebouwzoveel mogelijk beperkt gehouden.Zowel voor de opdrachtgever alsvoor Monumentenzorg was dit eenbelangrijk argument.De aanlegdiepte van de kelders va-rieerde in het begin van het ont-werp tussen de NAP -5,0 en -5,5 m.De liftputten en vetvangputten zit-ten nog ongeveer 1,5 m dieper. Ditwas ongeveer de maximale ontgra-vingsdiepte voordat opbarsten zouoptreden. Bij toepassing van eenopen bemaling zou het ontwerpaan flexibiliteit verliezen doordat demaximale diepte al ongeveer be-Rijksmuseum ondergrondsuitgebreidir. A.M. de Roo MBA en ir. D.J.J. Grimmelius, ARCADIS Bouw en Vastgoed BVDe bouw van Het Nieuwe Rijksmuseum te Amsterdam is momenteel in vollegang. In de eerste uitvoeringsfase worden in de bestaande binnenplaatsen6 m diepe kelders gemaakt. Deze kelders bevinden zich onder het centraletoegangsplein dat later zal fungeren als entree van het museum (fig. 1). Dekelders bevinden zich op zeer korte afstand van de bestaande houten paalfun-deringen van het monumentale gebouw. De uitvoeringsmethode van debouwput bepaalt, gezien de daarmee gerelateerde trillingen en zettingen, ingrote mate de invloed op de draagkracht en de vervormingen van hetbestaande gebouw. In dit artikel wordt specifiek ingegaan op de constructieveen geotechnische aspecten van de aanleg van deze ondergrondse ruimten.1 |Langsdoorsnede van HetNieuwe RijksmuseumC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO nd ergrond s bou wencement 2006 7 27reikt was. Bij onderwaterbetonspeelde dit aspect veel minder.Bovengenoemde overwegingenhebben ertoe geleid dat als uitvoe-ringsmethode voor de kelders isgekozen voor een bouwput metonderwaterbeton. Als nadelen gel-den de hogere kosten, de langerebouwtijd en de aanwezigheid vande bestaande palen die tijdens hetnat ontgraven in de weg staan.Deze nadelen werden in dit speci-fieke geval echter niet als doorslag-gevend beschouwd.De bouwvolgorde is als volgt:? drukkend inbrengen van dedamwanden;? aanbrengen van de nieuwe fun-deringspalen onder de binnen-plaatsen;? droge ontgraving tot NAP-1,0 m;? aanbrengen stempelraam opNAP -0,0 m;? droge ontgraving in sleuven totNAP -3,60 m (in verband metbodemsanering);? watersuppletie tot NAP -0,5 m;? natte ontgraving tot NAP -7,0 m;? storten onderwaterbeton;? droogpompen van de bouwput;? bouw kelderconstructie.Per binnenplaats worden onder dekelders ongeveer 230 palen toege-past. Ondanks de hoge opwaartsebelasting uit de waterdruk is erook een groot aantal drukpalenaanwezig, omdat de bovenbelas-ting vrij geconcentreerd op het on-derste niveau aangrijpt. Als paalty-pe worden schroefinjectiepalentoegepast, zowel voor de drukpa-len als voor de trekpalen.Een schroefinjectiepaal is een sta-len buispaal die is omhuld metverhard cementgrout. De paal isaan de punt voorzien van tweehalfcirkelvormige schroefbladenen een injectie-opening. De paalwordt op diepte gebracht door teschroeven en tegelijkertijd ce-mentgrout te injecteren. De grondwordt hierbij geheel verdrongen.Het systeem is geschikt voor tril-lingsvrije toepassingen. Tijdenshet inschroeven fungeert de groutals smeermiddel zodat de te over-winnen weerstand laag is. Voor deop druk belaste palen levert degrout ook een bijdrage aan desterkte en de stijfheid van de paal.Bij het schroeven in de zandlagenwordt het zand vermengd met eenovermaat aan grout, zodat de paal-diameter ten minste gelijk wordtaan die van het schroefblad. Doorde grote doorsnede van de stalenschacht heeft de paal een groteverankeringsstijfheid voor op trekbelaste palen.Voor de uitvoering heeft het grotevoordelen om slechts ??n paaltypetoe te passen. Voor de berekeningvan de onderwaterbetonvloer ishet ook voordelig om zo weinigmogelijk verschillen tussen defunderingselementen te hebben,omdat de variatie in veerstijfheiddan beperkt is. De schroefinjectie-palen worden vanaf het maaiveldgemaakt. De werkhoogte in deoverdekte binnenplaats is dermategroot dat de stalen binnenbuisslechts ??n keer hoeft te wordendoorgekoppeld. Aan de stalen bin-nenbuis is tevens een stalen ringgelast die voor de latere veranke-ring aan de onderwaterbetonvloerzal zorgen.De dikte van de keldervloer be-draagt 300 mm (fig. 2). De water-dichtheid wordt gegarandeerddoor een relatief hoog wape-ningspercentage toe te passen.Het basisnet van zowel de onder-als de bovenwapening bestaat uit?16-125. Mede in verband methet beperken van de ontgravings-diepte is er niet voor gekozeneen dikkere vloer met minderwapening toe te passen.Aangezien de binnenplaatsenoverdekt zijn, is er in feite geensprake van een buitensituatie enzijn de omstandigheden waaron-der gestort wordt goed gecontro-leerd. Effecten van zonstralingen uitdroging door wind met ver-hoogde risico's op scheurvor-ming zijn niet aan de orde.De wanddikte bedraagt 250 mm2 |Doorsnede over debetonnen kelderconstructieC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO ndergronds bou wen28 cement 2006 7gerekend vanaf voorkant dam-wand. Gezien de grote wand-hoogte worden de kassen van dedamwanden volgestort en dragenze bij aan de sterkte van dewand. Indien door plaatsingstole-ranties de binnenzijde van dedamwand teveel naar binnenstaat, kan dit plaatselijk wordenopgelost door de wanddikte terugte brengen naar 200 mm. Bij noggrotere afwijkingen wordt de dik-te van de isolatie aan de binnen-zijde aangepast.O m g e v i n g s b e i n v l o e d i n gDe invloed van de bouwputten ophet bestaande gebouw is be-schouwd door een analyse te ma-ken van de bestaande en de nieu-we toestand.De bestaande toestand is in kaartgebracht door op de binnenplaat-sen op vier karakteristieke locatiesfunderingsinspecties en proefbe-lastingen uit te voeren (foto 3).Aan de hand van de proefbelastin-gen zijn de last-zakkingsdiagram-men van de bestaande palen opge-steld (fig. 4). Hierbij is rekeninggehouden met de invloed vangroepswerking en positieve kleef.Lijn B in figuur 4 geeft het last-zak-kingsdiagram weer voor een enkelepaal en de situatie dat positievekleef over de gehele hoogte van depaal kan worden geactiveerd (situa-tie proefbelastingen). Zoals reedsvermeld gedraagt de proefbelastepaal in verband met het groepsef-fect (lijn A) zich duidelijk stijverdan lijn B. Lijn C uit figuur 4 geeftten slotte het last-zakkingsdiagramweer voor een enkele paal, met hetomslagpunt op NAP ?7 m (lijn C;karakteristieke Amsterdamse situa-tie voor palen die negatieve kleefhebben ondergaan).De nieuwe situatie is geanalyseerdmet behulp van Plaxis-berekenin-gen. De beschouwde doorsnedevoor de aanleg van de binnenplaat-sen is weergegeven in figuur 5. Deeffecten die tot be?nvloeding vande paalfunderingen van het Rijks-museum leiden, zijn:? grondvervormingen onder deeerste zandlaag door de diepeontgraving van de kelder;? paalpuntzakking door de toena-me van de negatieve kleef. Tengevolge van de horizontale uit-buigingen van de damwand zul-len er op maaiveldniveau verti-cale grondvervormingenoptreden die tot een toenamevan de negatieve kleef leiden;3 |Funderingsinspecties(links) en proefbelasting(rechts)4 |Lastzakkingsgedrag vaneen houten paal onderhet RijksmuseumC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gO nd ergrond s bou wencement 2006 7 29binnenplaats oost binnenplaats west? door vervormingen van de dam-wand tijdens de ontgraving endaardoor veroorzaakte ontspan-ning van de grond (reductie co-nusweerstand) naast de dam-wand kan additionelepaalzakking optreden.De paalzakking van de paalgroe-pen op korte afstand van de dam-wanden is samengesteld uit som-matie van alle mogelijke effectenen bedraagt maximaal 5 ? 6 mm(fig. 6). Hierbij zijn de conserva-tieve rekenaannamen met betrek-king tot de mogelijke mobilisatievan negatieve kleef gehanteerd.De verschilzakkingen langs hetgebouw resulteren in een maxi-male relatieve hoekverdraaiingtussen twee naast elkaar gelegenpilaren van het Rijksmuseum (af-stand circa 6 m) van circa 1/1000en worden als acceptabel be-schouwd.De toename van de negatievekleef is ingeschat op rond de 50 ?60 kN. Lijn C in figuur 4 geeftaan dat bij deze toename de paalzich nog in het schuine deel vande grafiek bevindt en nog niet aanzijn grensdraagvermogen zit.M o n i t o r i n gTijdens de uitvoering van de bin-nenplaatsen wordt een uitgebreidmonitoringsprogramma uitge-voerd om de invloed van de bouw-put op het bestaande monumentte beoordelen. De doelstelling vanhet monitoren tijdens de uitvoe-ring is het beschikbaar hebbenvan meetdata aangaande de ont-wikkeling van optredende vervor-mingen, trillingen en veranderin-gen van de grondwaterstanden.Indien tijdens de uitvoering voorafbepaalde grenswaarden wordenbereikt, moet na analyse van demetingen worden besloten of mo-gelijk aanvullende maatregelen inde uitvoering moeten worden ge-troffen, om zo de mogelijke scha-delijke invloed van verdere werk-zaamheden tot een minimum tebeperken.Het monitoringsprogramma om-vat de onderstaande onderdelen:? trillingsmetingen, waarbij detoelaatbare grenswaarde afhan-kelijk is van de frequentie;? horizontale damwandvervor-mingen door middel van incli-nometers die in de damwand-profielen worden opgenomen;? plaatsen van scheurmeters opreeds bestaande scheuren;? plaatsen van rekstrookjes opconstructieve elementen van hetRijksmuseum ter bewaking vande verandering van horizontalerekken in de constructie;? plaatsen van meetbouten ter be-waking van de verticale vervor-mingen van het gebouw;? plaatsen van peilbuizen en me-ten van de grondwaterstanden.S t a n d v a n z a k e nTen tijde van publicatie van dit ar-tikel zijn de bouwputten voor dekelders aan zowel de oost- als dewestzijde volledig ontgraven. Deoostelijke binnenplaats loopt voorin de fasering en daar is het on-derwaterbeton al gestort. Naar ver-wachting worden beide putten nogdit jaar drooggepompt en zal inoost tevens de keldervloer wordengestort. De oplevering wordt ver-wacht in het tweede kwartaal van2007.Voor het resterende deel van deverbouwing bevindt het ontwerpzich momenteel aan het eind vande besteksfase. Deze zal voor dekerst worden afgerond. In de loopvan volgend jaar zal met de bouwworden aangevangen. nProjectgegevensopdrachtgever:Programmadirectie Het Nieuwe Rijks-museumarchitect:Cruz y Ortiz Arquitectos, SevillarestauratiearchitectVan Hoogevest Architecten, Amers-foortconstructeur:Arcadis Bouw en VastgoedinstallatieadviseurARUP / Van Heugten v.o.f.geotechnisch adviseur:Crux Engineeringadviseur grondwaterbeheer:Warecohoofdaannemer:BAM Civiel Noord-West6 |Vervormingen (opgeschaald) bij volledigeontgraving van beidebouwputten5 |Plaxismodel voor debouwputten in debinnenplaatsen