Kleef

Kleef is essentieel voor de stabiliteit van bouwwerken op slappe bodem waar een vaste zandlaag onbereikbaar is. Het draait om de interactie tussen het paaloppervlak en de grond. In de basis kennen we positieve kleef, waarbij de grond de paal ondersteunt door opwaartse wrijving. Dit vergroot het draagvermogen aanzienlijk. Maar de praktijk kent een schaduwzijde: negatieve kleef. Dit ontstaat wanneer de omliggende grond sneller zakt dan de paal zelf, bijvoorbeeld door inklinking van veen of klei. De grond 'hangt' dan aan de paal en trekt deze met enorme kracht naar beneden. Hierdoor wordt de paalpunt extra belast, wat tot ongewenste zettingen of constructief falen kan leiden.

De werking van kleef komt pas tot stand bij een relatieve verplaatsing tussen het funderingselement en de omliggende bodem. Dit proces, de mobilisatie van schachtwrijving, vereist in de praktijk slechts een minieme verschuiving van enkele millimeters. Zodra de bovenbouw de paal belast, worden de schuifspanningen op het raakvlak tussen materiaal en grond geactiveerd. De intensiteit hiervan is direct gekoppeld aan de textuur van het paaloppervlak en de korrelspanning van de grond. In de voorbereidende fase wordt de haalbare kleef bepaald aan de hand van sonderingen. Een elektrische conus met wrijvingshuls meet de plaatselijke weerstand tijdens het indringen in de bodem, wat de basis vormt voor de berekening van het draagvermogen. Tijdens de uitvoering van heiwerk of boorprocessen verandert de horizontale grondspanning rondom de schacht. Grondverdringing door heien verhoogt vaak de zijdelingse druk, terwijl boortechnieken juist kunnen leiden tot een tijdelijke ontspanning van de bodemlagen. Om negatieve kleef te beheersen, wordt de interactie tussen de schacht en de zakkende grondlagen vaak fysiek gemanipuleerd. Dit gebeurt door het aanbrengen van glijlagen of coatings, zoals bitumen, op die delen van de paal die door samendrukbare lagen zoals veen of klei lopen. Het doel is de wrijvingscoëfficiënt lokaal te minimaliseren. Hierdoor wordt de neerwaartse trekkracht op de fundering beperkt, terwijl de positieve kleef in de dieper gelegen, stabiele zandlagen ongemoeid blijft. Het realiseren van de juiste kleefwerking is daarmee een samenspel tussen de gekozen installatiemethode en de specifieke gelaagdheid van de ondergrond.

Negatieve kleef ontstaat wanneer de omliggende grondlagen sneller zakken dan het funderingselement zelf. Dit is geen statisch probleem maar een proces van relatieve beweging. De hoofdoorzaak ligt vrijwel altijd bij consolidatie of inklinking van slappe bodemlagen zoals veen en klei. Wordt er een nieuwe ophooglaag van zand aangebracht voor een bouwterrein? Dan drukt dat gewicht de onderliggende lagen samen. De bodem zakt. De paal, die gefundeerd is in een diepere, vaste zandlaag, blijft staan. De grond grijpt de paalschacht vast en trekt deze met enorme kracht naar beneden. Ook een verlaging van de grondwaterstand door bemaling of polderbeheer kan dit effect triggeren; de effectieve korrelspanning neemt toe en de bodem klinkt in.

Constructieve overbelasting en schade

De gevolgen voor de stabiliteit zijn vaak destructief. In plaats van dat de grond de paal ondersteunt, fungeert de bodem nu als een extra ballast die bovenop de reguliere constructieve belasting komt. De paal wordt zwaarder belast dan berekend. De puntweerstand wordt maximaal aangesproken. Wanneer deze extra neerwaartse kracht de draagkracht van de diepere zandlaag overschrijdt, gaat de paal onvermijdelijk zakken. Ongelijke zettingen treden op. Muren scheuren. Kozijnen trekken krom. In extreme gevallen kan de paalpunt door de draagkrachtige laag heen ponsen, met een totaal falen van de fundering tot gevolg. Het is een sluipend proces waarbij de schade vaak pas jaren na de bouw volledig aan het licht komt.

In de geotechniek is schachtwrijving het gangbare synoniem voor kleef. Hoewel de termen vaak door elkaar lopen, verwijst schachtwrijving meestal naar de theoretische rekenwaarde in de Eurocode, terwijl kleef de fysieke interactie in het veld beschrijft. We onderscheiden twee cruciale richtingen. Positieve kleef werkt opwaarts. De grond biedt weerstand tegen het zakken van de paal. Het is de motor van je draagvermogen. Negatieve kleef is de tegenpool. De grond zakt sneller dan de fundering en trekt deze omlaag. Het fungeert als een extra, ongewenste belasting. Soms spreekt men ook van 'totale kleef', de som van alle wrijvingskrachten over de gehele schachtlengte, in tegenstelling tot de lokale waarden per grondlaag.

Niet elke fundering leunt op dezelfde krachten. Er bestaat een fundamenteel onderscheid in hoe palen hun kracht overbrengen op de ondergrond.

Een kleefpaal ontleent zijn draagvermogen vrijwel volledig aan de wrijving langs de schacht.

Dit zie je vaak bij houten palen of prefab betonpalen in dikke kleilagen waar geen harde zandbank bereikbaar is. De paal 'hangt' als het ware in de bodem. Dit staat in schril contrast met de puntpaal. Daar is kleef slechts bijzaak. De puntpaal boort zich in een onsamendrukbare laag, zoals de Pleistocone zandlagen. Hier is de puntweerstand dominant. Toch krijgt elke paal in de praktijk te maken met een mengvorm; pure puntweerstand zonder enige schachtwrijving is zeldzaam. De verhouding tussen deze twee bepaalt de keuze voor het paaltype en de installatiemethode.

Tijdens een sondering wordt de plaatselijke kleef (f_s) gemeten. Dit gebeurt met een elektrische conus voorzien van een wrijvingshuls. Het is een directe meting van de weerstand die de grond biedt aan een schuivend oppervlak. Interessant is de verhouding tussen deze kleef en de puntweerstand: het wrijvingsgetal. Dit getal is de vingerafdruk van de bodem.

Een hoog wrijvingsgetal (vaak tussen de 5% en 10%) wijst onherroepelijk op veen of klei. Lage waarden (onder de 1%) duiden op zand. Voor de constructeur is dit getal essentieel om te bepalen of er risico is op negatieve kleef bij toekomstige terreinophogingen. Zo transformeren we ruwe data uit de bodem naar een betrouwbaar funderingsadvies.

In de Amsterdamse binnenstad rusten talloze historische panden op kleefpalen. De houten fundering bereikt hier vaak de diepe, vaste zandlagen niet. Het gebouw 'hangt' volledig op de wrijving van de palen in de stijve kleilagen. Zonder deze constante grip zou het pand direct bezwijken onder zijn eigen gewicht.

Stel je een nieuwbouwlocatie voor op een oude veenweide. Om de wegen aan te leggen, wordt er een dikke laag zand gestort. De bodem zakt hierdoor dertig centimeter over de komende tien jaar. De prefab betonpalen van de woningen staan echter muurvast op de vaste zandlaag op achttien meter diepte. Die palen bewegen niet. De zakkende veengrond klampt zich echter vast aan de paalschacht. Een enorme extra trekkracht sleurt de paal naar beneden. Dit is negatieve kleef in zijn meest destructieve vorm.

Bij de bouw van een zware industriehal op slappe bodem kiest de constructeur vaak voor preventie. De bovenste meters van de palen worden in de fabriek al voorzien van een gladde bitumenlaag. Wanneer de omliggende grond later inklinkt door bijvoorbeeld grondwateronttrekking, verliest de bodem zijn grip op de paal. De grond glijdt simpelweg langs de schacht. De fundering blijft gevrijwaard van onvoorziene belastingen.

Een sondeerwagen op een bouwplaats biedt een ander inkijkje. De operator ziet op zijn scherm dat de conusweerstand laag blijft, maar de wrijvingshuls registreert veel weerstand. Het wrijvingsgetal schiet omhoog naar 8%. "Veen," concludeert hij direct. De gemeten kleef vertelt hem precies welke grondlagen er onder de machine liggen zonder dat hij de bodem daadwerkelijk ziet.

Funderingstechniek is geen gokwerk. De vigerende norm NEN-EN 1997, beter bekend als Eurocode 7, vormt de ruggengraat van elk geotechnisch ontwerp. In de Nederlandse praktijk vult NEN 9997-1 dit aan met specifieke rekenregels die zijn afgestemd op de unieke, vaak slappe bodemgesteldheid van de Lage Landen. Deze normen schrijven dwingend voor hoe de schachtwrijving moet worden bepaald op basis van sonderingen. Een constructeur mag geen arbitraire aannames doen over de kleefkracht. Hij is verplicht de representatieve waarden van de bodemlagen te hanteren zoals verkregen uit gestandaardiseerd onderzoek volgens NEN-EN-ISO 22476-1. De invloed van negatieve kleef is hierbij een cruciaal, verplicht onderdeel van de berekening van de uiterste grenstoestand (ULS). Verwaarlozing hiervan betekent dat het ontwerp simpelweg niet aan de vigerende technische regelgeving voldoet.

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) stelt de wettelijke kaders voor de constructieve veiligheid. Veiligheid is de absolute norm. Volgens de wet moet een bouwwerk gedurende de beoogde levensduur bestand zijn tegen alle optredende belastingen, waarbij kleef — zowel in ondersteunende als in trekkende vorm — direct invloed heeft op de stabiliteit van de funderingsconstructie. De regelgeving maakt geen onderscheid tussen theoretische schachtwrijving en praktische kleef; het resultaat moet voldoen aan de fundamentele eisen van sterkte en stijfheid. Voor de uitvoering van paalsystemen zijn aanvullende normen zoals NEN-EN 12699 (verdringende palen) of NEN-EN 1536 (boorpalen) relevant. Zij borgen dat de tijdens het ontwerp aangenomen kleefwaarden ook daadwerkelijk in de uitvoering worden gerealiseerd. Funderingsherstel door rekenfouten is een kostbare exercitie. Strikte naleving van de technische richtlijnen is daarom geen keuze, maar een noodzaak voor elke bouwprofessional.

Funderingstechniek begon intuïtief. Middeleeuwse bouwmeesters in moerassige delta’s vertrouwden puur op de grip van onbewerkte boomstammen in de slappe klei. Geen complexe berekeningen. Slechts ervaring. Deze vroege kleefpalen vormden de ruggengraat van steden als Amsterdam en Venetië. Men sloeg palen tot ze 'vast' zaten, zonder de dieper gelegen zandlagen te kennen. Pas met de opkomst van de moderne grondmechanica in de vroege twintigste eeuw transformeerde kleef van een geobserveerd fenomeen naar een exact berekenbare variabele. Een cruciale stap.

De uitvinding van de diepsondering door ir. P. Barentsen in 1932 markeerde een technisch kantelpunt. Voor het eerst werd de weerstand van bodemlagen tijdens het indringen tastbaar gemaakt. Vóór die tijd was negatieve kleef een onbegrepen vijand. Naarmate Nederland grootschalig polders droogmaalde en grondwaterstanden rigoureus daalden, traden onverklaarbare verzakkingen op. Gebouwen die stevig gefundeerd leken, bezweken plotseling. De grond zakte simpelweg sneller dan de paal. Men ontdekte dat de bodem niet ondersteunde, maar trok.

In de jaren 60 van de vorige eeuw volgde de introductie van de elektrische conus met wrijvingshuls. Dit maakte het mogelijk om schachtwrijving en puntweerstand onafhankelijk van elkaar te kwantificeren. De empirische regels maakten plaats voor wetenschappelijke modellen. In de decennia daarna verschoof de focus naar beheersing. De ontwikkeling van bitumen coatings en glijlagen in de jaren 70 en 80 bood eindelijk een praktisch antwoord op het probleem van inklinkende bodems. Wat begon als een blinde gok op de grip van hout in modder, is geëvolueerd tot een hoogwaardig samenspel tussen materiaalkunde en geotechnische precisie.

• https://www.joostdevree.nl/shtmls/negatieve_kleef.shtml
• https://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/fundering.htm
• https://www.kbf.nl/assets/uploads/2023/12/Deelexpeditie-Funderingsopgave-en-veenweidegebieden-240322.pdf
• https://publications.deltares.nl/11207290_002_0002.pdf