C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gFunder ingcement 2006 158De Lichttoren is oorspronkelijkgebouwd als onderdeel van dePhilipsfabrieken in het centrumvan Eindhoven (foto 1). Het ter-rein aan de Emmasingel is in ver-schillende fasen ingevuld. DeLichttoren ontstond in twee fasenin 1908 en 1920 als respectievelijkde bouwdelen EC en ED. Demeerlaagse verdiepingsbouw vooreen fabrieksfunctie was voor Eind-hoven uniek (fig. 2). Het architec-tonisch ontwerp volgt de idee?nvan de Nieuwe Zakelijkheid, metveel glas, staal en gewapendbeton. De bouwtechniek in diedagen was danig in ontwikkeling,wat te zien is aan de verschillen indetaillering tussen de beide bouw-delen. De toepassing van het des-tijds nog jonge materiaal beton incombinatie met grote raampartij-en heeft heldere binnenruimtenopgeleverd.Met het terugtrekken van Philipsuit de binnenstad van Eindhovenis De Lichttoren vrijgekomen voorander gebruik. Het ontwikkelings-principe gaat uit van verschillendegebruiksfuncties, waarbij de ruim-ten worden ingevuld als `lofts',kantoor of winkel. Als onderdeelvan de revitalisatie wordt het com-plex uitgebreid met extra bouwvo-lume voor appartementen. Tevenswordt een tweelaagse parkeergara-ge direct naast het gebouw onderde grond gerealiseerd.B e s t a a n d e p a a l f u n d e r i n gVerschillende onderzoeken zijnaan de bestaande paalfunderingverricht. Daarbij is duidelijkgeworden dat de duurzaamheidvan de houten palen niet kan wor-den gegarandeerd (foto 3). Vangrenenhouten palen is bekend dataantasting door bacteri?n tot aande punt kan plaatshebben. Ookkan bij de punt een groot deel vanhet oppervlak in de loop der tijdverloren gaan.Er zijn geen palen getrokken,maar duidelijk werd wel dat deoorspronkelijk aanwezige grond-mechanische draagkracht dooraantasting minder is geworden enin de loop der tijd verder zal afne-men. Uit het onderzoek bleek datde constructieve draagkracht van15% van de grenenhouten palenop dit moment niet voldoet; voorTechniek van jetgroutpalen biedt perspectief voor funderingsherstelin ruimtes met beperkte hoogteDe Lichttoren duurzaamgefundeerdir. H.P.C.A. Vianen, Adviesbureau Tielemansir. P.J.M. den Nijs, Warecoir. M. Baan en ir. G. van Zwieten, Visser & Smit Bouw BVHet historische gebouw `De Lichttoren' in Eindhoven krijgt een nieuwebestemming. De fundatie is echter niet in staat deze nieuwe fase in te gaan:de duizenden houten palen zijn door bacteri?n aangetast en moeten wordenvervangen. Verschillende varianten zijn bedacht om de fundatiekrachtenopnieuw naar de ondergrond af te dragen. Uiteindelijk is gekozen voor jet-groutpalen, een nieuwe toepassing in een dergelijke situatie. Veel aandacht isbesteed aan de monitoring, om de theorie aan de praktijk te kunnen toetsen.Het fundatieherstel is afgerond. De techniek bij deze toepassing is veelbelo-vend.1 |De Lichttoren, herken-ningspunt voorEindhovenfoto: Norbert van Onna2 |Originele doorsnede overhet skelet van gebouwEDC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gFund er ingcement 2006 1 5920% van de palen was de con-structieve draagkracht onzeker.Slechts 65% van de palen werd bijde toetsing van de paalschachtvoor de korte termijn als voldoen-de beoordeeld.Besloten werd tot het realiserenvan een duurzame paalfunderingmet behoud van de bestaandeconstructie.V a r i a n t e nVerschillende mogelijkheden voorhet funderingsherstel zijn onder-zocht. Daarbij was het uitgangs-punt dat het draagvermogen vande bestaande houten palen dooreen nieuwe paalfundering zoumoeten worden overgenomen.Twee principeoplossingen zijnverder uitgewerkt: nieuwe funde-ringselementen naast de bestaan-de funderingspoeren en een nieu-we fundatie onder de bestaandefunderingspoeren.Bij het aanbrengen van een nieu-we fundatie naast de funde-ringspoeren zou de bestaande kel-dervloer moeten worden gesloopt.Een intensieve bemaling voor hetgehele complex zou dan noodza-kelijk zijn.Het aanbrengen van een paalfun-dering ?nder de bestaande funde-ringspoeren zou inhouden datd??r het bestaande beton heen eendragende paal zou moeten wordengemaakt. Met de jetgrouttechniekis het mogelijk om vanuit een gatmet kleine diameter een groterepaaldiameter te maken.De varianten zijn getoetst aan kos-ten, betrouwbaarheid en ruimte-beslag in de kelder.De variant met de jetgroutpalen istechnisch mogelijk en financieelhet meest aantrekkelijk. De wer-king van de poeren wordt nauwe-lijks aangetast. Er hoeven geenaanvullende constructieve elemen-ten als wanden en balken in dekelder of onder de keldervloer teworden aangebracht.Gekozen is voor fundatieherstelmet jetgroutpalen (fig. 4). Depalen worden door de poerenheen gemaakt. De kelder blijft vrijindeelbaar, wat een groot voordeelis.De risico's zijn uitvoerig ge?nven-tariseerd. De belangrijkste zijn:? aansluiting jetgroutpaal oppoer;? samenwerking houten palen enjetgroutpalen tijdens uitvoeringen hun invloed op het gebouw;? sterkte jetgrout.Zowel voor de gebruiksfase als deuitvoeringsfase zijn diverse con-troleberekeningen uitgevoerd. Debelangrijkste controles zijn:? sterkte gebouw en poeren;? draagkracht jetgroutpalen;? gedrag in uitvoeringsfase.Er zijn proeven voor controle opde uitvoering en de kwaliteitgedaan. Tevens is tijdens de uit-voering gemeten aan zettingenvan het gebouw.S t e r k t e c o n t r o l eg e b o u w / p o e rOm te komen tot een juiste posi-tie van de nieuwe jetgroutpalenheeft de bestaande fundering alsleidraad gefunctioneerd. Met debeschikbare gegevens uit hetarchief is een tekening van debestaande fundering samenge-steld. De betonberekeningen en-tekeningen uit het historischarchief vormen de basis voor decontroleberekeningen in de nieu-we situatie.Met drukproeven op boorkernenuit het gebouw is de betonsterkte-klasse bepaald en zijn de sterkte-berekeningen van de kolommenen poer gecontroleerd (fig. 5).Door het boren van een gat ?180voor het aanbrengen van de nieu-we palen is er sprake van eenreductie van de wapening. Met hetplaatsen van de nieuwe palen ver-andert daarentegen de benodigdewapening. De benodigde wape-ning is berekend. Met de wape-ningstekeningen van de bestaandeconstructie en de invloed voor hetboren in de poer is berekend datde overblijvende wapening meeris dan minimaal benodigd.C o n t r o l e d r a a g k r a c h tVoor de jetgroutpalen is aange-houden:Paalklassefactorenpaalpunt: p= 0,8, = 1.schachtwrijving: s= 0,005Voor swordt 0,005 aangehouden,vergelijkbaar met een pulspaal.Een pulspaal is grondverwijde-rend en ontspant de grond meerdan een jetgroutpaal. De waarde0,005 is een ondergrens.VormfactorJetgroutpalen kunnen aaneengeslo-ten worden aangebracht. Per paal-groep is de vormfactor s bepaald.VeerkarakteristiekAangenomen is dat het zettingge-drag gelijk is aan die van avegaar-palen. Er wordt verwacht dat hetzettinggedrag beter is, omdat degrond minder ontspannen wordt.3 |Aangetaste palen4 |Principeoplossing5 |Sterktecontrole poer metESA Prima WinC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gFunder ingcement 2006 160DiameterDoor variatie van het jetgroutsys-teem kunnen diameters wordengemaakt van 400 tot 2500 mm.Hier is gekozen voor ?600 mm.De paal raakt dan net de houtenpalen.PaalpuntDe jetgroutpalen zijn 0,5 m diepergeplaatst dan de houten palen. Zoontstaat een volledig oppervlak,ook als er een overlap is met eenhouten paal.C o n t r o l e u i t v o e r i n g s f a s eDe jetgroutpalen zijn tussen vierhouten palen aangebracht. Tij-dens het jetgrouten verliezendeze palen hun draagkracht, ter-wijl de totale draagkracht van depoer gehandhaafd moet blijven.De verplaatsingen moeten vol-doen aan de normen.VeiligheidDoor aantasting van de houtenpalen is de veiligheid afgenomen;hoeveel is onbekend. In degebruiksfase kan de fundatie detotale belasting inclusief de veran-derlijke belasting kennelijk dragenmet een minimale veiligheid van1,0. Er zijn geen noemenswaardigezakkingen gemeten als gevolg vaneen `niet-goed' functionerende fun-dering.In de uitvoeringsfase is de veran-derlijke belasting afwezig. Hier-door ontstaat een rekenkundigemarge van extra veiligheid. In deuitvoeringsfase moet de minimaleveiligheid 1,2 zijn, ook als houtenpalen worden uitgeschakeld en dejetgroutpaal nog geen sterkte heeft.VerplaatsingDe veerstijfheden van de palenzijn bepaald (fig. 6). De veerstijf-heid van de houten palen is biline-air. De veerstijfheid van de jet-groutpalen blijft in de lineaire tak.Tijdens de uitvoering vallen hou-ten palen weg en worden jetgrout-palen toegevoegd. Tabel 1 geeft dewijziging van de krachten en ver-plaatsingen.De verschilverplaatsing is de ver-plaatsing tussen twee poerengedeeld door de afstand tussen depoeren. Om de verschilverplaat-sing te beperken, is de uitvoe-ringsvolgorde aangepast.SterkteUit tabel 1 volgt de belasting opeen jetgroutpaal. De vereiste sterk-te is bepaald door de belasting tedelen door het oppervlak van depaal. Het oppervlak wordt geredu-ceerd door het boorgat en doorafwijkingen in de positie van hou-ten palen.In de uitvoeringsfase moest sterk-teklasse C1,5/2 worden gehaald;in de gebruiksfase C3,2/4.U i t v o e r i n gBij jetgrouten wordt onder hogedruk een groutmengsel in de grondgespoten (fig. 7). Er wordt eenboorlans verticaal in de grondgebracht. De lans is aan het uitein-de voorzien van een spuitkop.Zodra de lans de gewenste diepteheeft bereikt, wordt onder hogedruk (300-500 bar) een horizontalewater/cementstraal de grond inge-spoten. Door de boorlans roterendte trekken wordt de aanwezigegrond volledig versneden, ver-mengd en deels vervangen doorgrout. Tijdens het jetgrouten ont-staat langs de lans een retour-stroom van grout/grond/water(retourspoeling). De retourspoelingwordt naar een tijdelijk depot geleiden na verharden als puin afgevoerd.Buiten staat een groutcentrale, infeite een grote silo met mengerwaarmee het water-cementmeng-sel wordt aangemaakt (foto 8). Hetmengsel wordt opgeslagen in eenbuffertank die drie hogedrukpom-pen voedt. De pompen zorgenervoor dat het mengsel onderhoge druk bij de stellingen in dekelder komt (foto 9). Er wordt125 liter per minuut door eengaatje van 3,5 mm geperst.M o n i t o r i n gVoor de start van het werk zijnproefpalen uitgevoerd. Tijdens deuitvoering zijn cruciale delengecontroleerd. In sommige geval-len heeft dit geleid tot een aanpas-sing van de werkwijze. Met deproefpalen is onderzocht welke uit-voeringsparameters moeten wor-den gehanteerd. Onderzocht zijn:? sterkte van de jetgroutpalen;? verhardingssnelheid. De sterkteis bepaald bij een verharding na24 en 48 uur. De verhardings-snelheid bepaalt wanneer eenvolgende paal onder dezelfdepoer mag worden gemaakt;5004504003503002502001501000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20500verplaatsing (mm)houtjetgroutpaalbelasting(kN)6 |Veerstijfheden7 |Werkmethode jetgrou-ten met hoogte1. inboren 2. begin jetgrouten,snijstraal water/cement3. trekken van delans, de jetgroutwordt gemaaktplafondkeldervloerC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gFund er ingcement 2006 1 61? parameterkeuze. Ter bevestigingvan de gekozen parameters voorhet behalen van de paaldiameteren om de retourspoeling tot eenminimum te beperken;? aansluiting paal op poer. Deaansluiting is visueel gecontro-leerd met een endoscoop envervolgens is een poer volledigvrij gegraven.De aansluiting van de paal op depoer was goed (foto 10). De beno-digde sterkte werd na 72 uurgehaald.VerplaatsingsmetingenDe verplaatsingen in het gebouwzijn gemeten voor en tijdens hetmaken van de jetgroutpalen. Ineerste instantie is dagelijks geme-ten. Daarmee ontstond een volle-dig beeld van het vervormingsge-drag van het gebouw tijdens dewerkzaamheden (fig. 11).De verplaatsingen bleken kleinerdan werd voorspeld. De grootsteverplaatsing bedraagt circa 6 mm.Kennelijk is de krachtsoverdrachtvan de houten palen op de grout-palen gunstiger verlopen. Er zul-len in de toekomst nog enkeleherhalingsmetingen worden ver-richt om eventueel nazakken inbeeld te krijgen.Inspectie aansluiting paal/poerSteekproefsgewijs zijn metbehulp van een endoscoopinspecties uitgevoerd naar dekwaliteit van de aansluiting tus-sen de nieuwe paal en de onder-kant van de poer. De inspectiehad plaats door drie kleine gatendie zijn geboord in het betonrondom het hart van de jetgrout-paal. In het beginstadium isgeconstateerd dat de aansluitingin een aantal gevallen niet vol-doende was. De aansluiting isbe?nvloed door de lokale grond-slag en de mate van vlakheid vande onderzijde van de poer. Insommige gevallen bleek eenspleet van 5 ? 10 mm aanwezigdoor het nazakken van het jet-grout. Door aanpassing van hetproductieproces en na-injectievan de spleet is dit probleemopgelost.Tabel 1 | Theoretische krachten en verplaatsingen tijdens de uitvoeringuitvoerings- aantal palen totale kracht op de palen totale verplaat-fase stijfheid kracht singhout jetgrout hout paal 1 paal 2 paal 3 paal 4 paal 5 paal 6 paal 7 paal 8 restoorspronkelijk 36 0 523636 65 2335 0,0jetten paal 1 32 0 465455 73 2335 0,6verharden 32 1 511883 73 0 2335 0,6jetten paal 2 28 1 453701 82 30 2335 1,2verharden 28 2 500130 82 30 0 2335 1,2jetten paal 3 26 2 378857 87 50 20 2335 1,6verharden 26 3 425286 87 50 20 0 2335 1,6jetten paal 4 24 3 403286 92 70 40 20 2335 2,1verharden 24 4 449714 92 70 40 20 0 2335 2,1jetten paal 5 22 4 427714 97 90 60 40 20 2335 2,5verharden 22 5 474143 97 90 60 40 20 0 2335 2,5jetten paal 6 20 5 385385 102 107 77 57 37 17 2335 3,8verharden 20 6 418462 102 107 77 57 37 17 0 2335 3,8jetten paal 7 18 6 396462 108 124 94 74 54 34 17 2335 4,3verharden 18 7 429539 108 124 94 74 54 34 17 0 2335 4,3jetten paal 8 16 7 251539 109 152 122 102 82 62 45 28 2335 5,2verharden 16 8 284615 109 152 122 102 82 62 45 28 0 2335 5,2jetten paal 9 4 8 269615 115 312 282 262 242 222 206 189 160 2335 10,0definitief 0 12 396923 0 434 404 384 364 344 327 310 282 122 3336 13,7- - - kN/m kN kN kN kN kN kN kN kN kN kN kN mm8 |Buitenopstelling9 |Binnenopstelling10 | Proef aansluiting paal-poer. Jetgroutpaal isdoor een gat in de stel-conplaat gemaakt, uit-gegraven en losgetrok-kenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gFunder ingcement 2006 162Meting sterkte jetgroutMet een monsterbus werd nogvoordat de jetgroutpaal was ver-hard, een monster uit de paalgenomen. De beginsterkte en de28-daagse sterkte werden bepaaldin het Pieter van Musschen-broeklaboratorium aan de TUEindhoven.De gemiddelde beginsterkte was3,7 N/mm2; de 28-daagse sterktewas 13,0 N/mm2(fig. 12). Alskarakteristieke waarden voor decilinderdruksterkte zijn aangehou-den:na 72 uur: 1,5 N/mm2;na 28 dagen: 4,0 N/mm2.Aan de spreiding is duidelijk tezien dat een product wordtgemaakt waarin de lokale grond-slag is verwerkt.C o n c l u s i e sVoor de realisatie van het funde-ringsherstel van De Lichttoren isin het voortraject uit de verschil-lende mogelijkheden de variantmet jetgroutpalen als meest realis-tisch en kostenverantwoord naarvoren gekomen. In een lang voor-traject zijn alle constructieveaspecten belicht en de risico'sgeanalyseerd. In het bouwteamzijn de risico's geminimaliseerd.In een vroegtijdig stadium is over-legd met de verantwoordelijkenbij de gemeente Eindhoven. Daar-bij is veel aandacht geschonkenaan het beheersbaar houden vande kwaliteit van de jetgroutpalenen de standzekerheid van hetmonumentale gebouw.Tijdens de realisatiefase is met hetinspecteren van de aansluitingvan paal met poer naar vorengekomen dat de grondslag anderswas dan uit de sonderingen bleek,en dat de onderkant van de poe-ren veel grilliger was dan mochtworden aangenomen. De aanpas-singen die daarop hebben plaats-gehad, hebben ervoor gezorgd datde kwaliteit van de nieuwe palendermate hoog is, dat De Lichtto-ren feitelijk op nieuwe palen iskomen te staan. Met het bereke-nen van de zakkingen tijdens deuitvoering is uitgegaan van eenzeer ongunstig scenario, waarbijde bestaande palen geheel span-ningsloos werden aangehouden.De metingen hebben aangetoonddat er sprake is van een gecombi-neerd systeem. De bestaandepalen hebben de dragende functiebehouden voor zover de aantas-ting dit toelaat. Het gebouw staatdaarmee op nieuwe ?n op oudepalen met behoud van de bestaan-de funderingspoeren.B l i k n a a r d e t o e k o m s tDe techniek van het aanbrengenvan jetgroutpalen in minder toe-gankelijke omstandigheden is metdit project belangrijk verder ont-wikkeld. Met het meetprogrammazijn bij andere projecten beterevoorspellingen te geven over hetgedrag van een constructie tijdenshet aanbrengen van jetgroutpalen.Met name de informatie over hetverlies aan draagkracht van debestaande palen in combinatiemet de opbouw van draagkrachtvan de jetgroutpalen geeft per-spectief voor het toepassen vandeze techniek bij funderingsher-stel van andere constructies. Eenherstelmethode die kan wordeningezet in beperkte ruimte metweinig bijkomend herstelwerkheeft belangrijke voordelen voorde eigenaren. nProjectgegevensopdrachtgever:Stam & de Koning/Stichting Trudoconstructeur:Adviesbureau Tielemansgeotechnisch adviseur:Warecoaannemer fundering:Visser & Smit Bouw11 | Totaaloverzicht verrich-te metingen12 | Drukwaarden monsters051015202530350 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45verschil tijdstip drukken en monstername (dagen)cilinderdruksterkte(N/mm2)ondergrens (5%) gem. waarde bovengrens (95%) Power (gem. waarde)CC 4H o e v e e l h e d e n3 jetgroutmachinesca. 3600 houten palen1131 jetgroutpalenca. 1100 m kernboringen ?180 mmca. 500 inspectiegaten ?32 mmca. 4000 m3ge?njecteerd mengselca. 4000 m3spoil