Keileem

Gletsjers die tijdens het Saalien Noord-Nederland bedekten, fungeerden als gigantische pletwalsen en maalmolens tegelijk. Het resultaat is keileem. Een grondsoort die zich laat omschrijven als natuurlijk beton, maar dan grilliger. Het materiaal is door het enorme gewicht van het ijs extreem voorverdicht. Dit geeft het een hoge dichtheid en een zeer lage waterdoorlatendheid. Je herkent het direct aan de ongesorteerde opbouw; fijne fracties en grove keien zitten zonder enige structuur door elkaar gehusseld. In de bouw betekent keileem vaak een uitdaging voor de waterhuishouding. Hemelwater zakt niet weg. Kuilen blijven wekenlang vol staan. Tegelijkertijd biedt het een stabiele basis voor zware constructies, mits de diepte en dikte van de laag consistent zijn. Dat is echter zelden het geval in de grillige Nederlandse ondergrond. Het is taai spul.

Bij het ontgraven van keileem is de inzet van zwaar materieel de norm. De enorme compactheid van het sediment laat weinig ruimte voor lichter gereedschap. Graafmachines met een hoge opbreekkracht werken zich schoksgewijs door de laag. Soms moeizaam, dan weer vlot. Zwerfstenen vormen hierbij een constante factor van oponthoud. Soms klein, vaak massief. Omdat de bodem nagenoeg ondoordringbaar is, stagneert hemelwater onmiddellijk op het werkniveau, waardoor het graven van tijdelijke afwateringsgeulen naar een centraal pomppunt een noodzakelijk en vast onderdeel van de uitvoering op deze specifieke grondslag wordt om de begaanbaarheid te garanderen. Men waakt voor het roeren van de ondergrond. Voor funderingen op staal wordt de keileem met een vlakke bak afgewerkt tot op de ongeroerde diepte. Losgewerkt materiaal verliest bij contact met water namelijk direct zijn stabiliteit en verandert in een onwerkbare, slappe massa. Precisie bij het vlakken is daarom essentieel. Het voorkomt onnodige grondverbetering of extra betonverbruik door een grillige ontgravingsdiepte.

De vorming van keileem is onlosmakelijk verbonden met de enorme druk van gletsjertongen tijdens het Saalien. Landijs schoof over de ondergrond. Het vermaalde sedimenten en gesteente tot een ongesorteerd mengsel. Door het gigantische gewicht van de ijsmassa's is het materiaal extreem voorverdicht, waardoor de matrix nagenoeg porievrij is geperst.

De technische gevolgen voor de bouw zijn direct voelbaar. Door de zeer lage waterdoorlatendheid stagneert hemelwater nagenoeg onmiddellijk op de laag. Natuurlijke drainage ontbreekt. Hierdoor verandert een ontgraving bij regenval snel in een onbegaanbare modderpoel omdat het water simpelweg geen kant op kan. Kritiek is vooral de gevoeligheid voor mechanische verstoring. Zodra de compacte structuur wordt opengebroken en er water bij komt, treedt er een snelle degeneratie op. De grond 'verpapt'. De voorheen stabiele basis verandert in een slappe brij, wat direct risico's oplevert voor de draagkracht van funderingen. Bovendien zorgen de grillig verspreide zwerfstenen voor onvoorspelbare obstructies. Heistellingen lopen vast. Boorkoppen slaan stuk. De heterogene samenstelling dwingt tot constante waakzaamheid tijdens het grondwerk.

Keileem is niet uniform. De kleur vormt vaak de eerste indicatie voor de specifieke eigenschappen en herkomst van het sediment. In de Nederlandse bodem maken we hoofdzakelijk onderscheid tussen de grijze en de rode variant. Grijze keileem voert de boventoon. Deze is rijk aan kalk en bevat zwerfstenen die hun oorsprong vinden in Scandinavië en het Baltische gebied. Het materiaal is extreem compact. Rode keileem is zeldzamer en wordt vaak aangetroffen als een dunnere laag bovenop de grijze massa. De rode kleur duidt op een andere herkomst, waarbij het ijs gesteenteresten uit Oost-Duitsland en Polen heeft meegevoerd. Soms zijn de lagen door hernieuwde ijsdruk volledig door elkaar gekneed, wat leidt tot een bonte mengeling die de stabiliteit op de bouwplaats onvoorspelbaar maakt.

Naast kleur is de chemische toestand bepalend voor het gedrag van de grond. Men maakt onderscheid tussen:

• Kalkrijke keileem: De 'verse' variant die nagenoeg onveranderd is gebleven sinds de afzetting. Deze laag is zeer stabiel maar nagenoeg waterdicht.
• Kalkarme of ontkalkte keileem: Door infiltratie van regenwater is de kalk in de loop der millennia opgelost. Dit proces tast de structuur aan, waardoor de laag soms iets minder compact aanvoelt dan de dieper gelegen, kalkrijke lagen.

Een cruciaal onderscheid moet worden gemaakt met keizand. Dit is strikt genomen geen keileem meer, maar een residu. Wanneer stromend smeltwater de fijne fracties zoals klei en leem uit de keileem wast, blijven alleen de zandkorrels en de zwerfstenen achter. Voor de civiele techniek is dit een wereld van verschil. Waar keileem fungeert als een waterdichte barrière, is keizand juist zeer goed waterdoorlatend. Een aannemer die rekent op de dichtheid van keileem kan bedrogen uitkomen als hij op een lens van keizand stuit; de bouwput zal in dat geval onverwacht veel kwelwater vertonen.

Een bouwput op de Hondsrug na een dag herfstregen. Het water zakt niet weg. Nergens heen. De bodem fungeert als een ondoordringbare badkuip waardoor pompen onophoudelijk moeten draaien om de boel begaanbaar te houden. Geen natuurlijke drainage. Geen uitweg. Het water blijft staan in de diepe sporen van de dumper, wekenlang, glimmend en koppig.

Kijk naar de kraanmachinist die een fundering op staal voorbereidt. Hij schrapt uiterst voorzichtig de laatste centimeters weg met een vlakke bak. Eén keer te veel roeren in combinatie met wat lekwater en de voorheen keiharde grond verandert ter plekke in een onhoudbare vla. Verpapping noemen ze dat in de keet. De stabiliteit is dan direct verdwenen en herstel vereist vaak kostbare grondverbetering die niet in de begroting stond.

Hoor het geluid van een boorstelling die plotseling vastloopt. In de ongesorteerde matrix van zand en klei schuilt een blok graniet ter grootte van een wasmachine, ooit meegevoerd door het ijs uit Scandinavië. De boorkop gilt over het gesteente. De machine trilt. Hier is geen sprake van een voorspelbare, homogene zandlaag maar van een geologische tombola waar elke meter een nieuwe verrassing kan bieden voor de funderingsploeg.

Omgevingswet en bodemkwaliteit

Keileem valt onder de algemene regels voor grondverzet. Sinds de invoering van de Omgevingswet is het Besluit activiteiten leefomgeving (Bal) het leidende kader voor het graven in en het toepassen van grond. Hoewel keileem een natuurlijk sediment is, moet bij grootschalig verzet de milieuhygiënische kwaliteit worden aangetoond. Men hanteert hierbij vaak de vigerende versies van de NEN 5740 voor verkennend bodemonderzoek. Het lozen van water dat op de ondoordringbare keileemlaag stagneert, is eveneens gereguleerd in het Bal en lokale waterschapsverordeningen. Directe lozing op het riool of oppervlaktewater is zelden toegestaan zonder voorzuivering of ontheffing.

Geotechnische normering

Voor het funderen in keileem is de NEN 9997-1 (Eurocode 7: Geotechnisch ontwerp) essentieel. De norm schrijft voor hoe de draagkracht van de ondergrond bepaald moet worden. De hoge conusweerstand van keileem suggereert een enorme draagkracht. Toch dwingt de norm tot voorzichtigheid vanwege de heterogeniteit van de laag. De aanwezigheid van zwerfstenen kan sonderingsresultaten vertekenen. Constructeurs moeten rekening houden met de specifieke rekenwaarden voor ongedraineerde schuifsterkte bij verzadigde condities. Het funderen op staal in keileem vereist bovendien dat de bodem ongeroerd blijft. De NEN-EN-ISO 14688 wordt gebruikt voor de exacte classificatie van de grondsoort tijdens de veldinspectie. Dit voorkomt verwarring met reguliere leem of zware klei.

Archeologische aspecten

De Erfgoedwet stelt eisen aan bodemverstorende activiteiten. Keileem is een afzetting uit het Saalien en bevat zelf zelden archeologische resten. Echter, de top van de laag vormt vaak een oud loopoppervlak. In gemeentelijke archeologische beleidskaarten wordt de overgangszone tussen dekzand en keileem daarom vaak aangemerkt als een gebied met een hoge verwachtingswaarde. Bij graafwerkzaamheden die deze laag doorsnijden, kan een archeologische begeleiding of vooronderzoek wettelijk verplicht zijn via het omgevingsplan.

De wordingsgeschiedenis van keileem start in het Saalien. Ruim 150.000 jaar geleden. Gigantische gletsjertongen uit Scandinavië walsten het landschap plat en lieten een onverwoestbaar residu achter. Het was een geologische dwangbuis. Voor de vroege wegenbouw en landbouw vormde deze laag vooral een ondoordringbare barrière die drainage onmogelijk maakte. Handmatig graven was een hel. Arbeiders moesten met zware pikhouwelen en breekijzers door de verdichte matrix heen, vaak gehinderd door zwerfstenen die met geen mogelijkheid te verplaatsen waren. Het materiaal was berucht.

Met de opkomst van de mechanisatie in de twintigste eeuw veranderde de perceptie binnen de weg- en waterbouw radicaal. Wat eerst een obstakel was, werd een gewaardeerde funderingslaag. Tijdens de grootschalige naoorlogse uitbreidingen in Noord- en Oost-Nederland ontdekten constructeurs de stabiliteit van de laag voor funderingen op staal. Men leerde de grilligheid te respecteren. De introductie van hydraulische graafmachines in de jaren zestig maakte het eindelijk mogelijk om efficiënt door deze natuurlijke betonlaag heen te breken. Toch bleef de kwetsbaarheid voor water een historisch leerpunt. Terwijl de vroege bouwers in de noordelijke provincies de laag vaak als een onoverkomelijke hindernis voor hun ontwateringsstelsels beschouwden, zorgde de technologische sprong in de werktuigbouw ervoor dat we de enorme draagkracht van dit sediment eindelijk constructief konden exploiteren zonder dat de kosten voor handmatige arbeid de pan uit rezen. Menig bouwproject liep vertraging op doordat de historische kennis over de ondoordringbaarheid van de laag werd genegeerd bij de inrichting van de bouwplaats. Een fout die nog steeds wordt gemaakt.

• https://joostdevree.nl/shtmls/keileem.shtml
• https://nl.wikipedia.org/wiki/Keileem
• https://geheugenvandrenthe.nl/encyclopedie-drenthe/keileem
• https://www.stenenzoeken.nl/ijstijdverhalen-1/keileem/keileem-in-soorten
• https://www.encyclo.nl/begrip/Keileem
• https://geheugenvandrenthe.nl/encyclopedie-drenthe/leemlaag