Zetting toren nu gelijk aan zetting van kerk

De fundering van een kerktoren in Kampen wordt verbeterd met 22 stalenbuispalen. De draagkracht is zo berekend dat er geen starre fundering ontstaat, maar dat de zetting van de toren gelijk wordt aan de zetting van de kerk die er aan vastgebouwd zit.

De 39 meter hoge toren van de Buitenkerk in Kampen vertoont al zetting vanaf de bouw in 1453. Inmiddels heeft dat geresulteerd in een scheefstand van 95 centimeter overhoeks (resp. ca. 55 en 80 cm uit het lood, gemeten nabij de top). Gevaar levert dat niet op want het zwaartepunt ligt nog altijd ruim binnen de plattegrond. Niettemin besloot eigenaar gemeente Kampen tot maatregelen. Dit op verzoek van de kerkelijke gemeente die eigenaar is van de aan de toren vastgebouwde kerk. De zetting van de toren veroorzaakt namelijk scheuren in de kerk. Verdergaande scheurvorming was onwenselijk met het oog op restauratieplannen voor de kerk.
De eerste plannen van de gemeente waren om de toren star te gaan funderen. Dat zou echter betekenen dat het probleem omgekeerd zou worden. De kerk zelf is namelijk net als de toren op klei gefundeerd en vertoont dus ook blijvende zetting. Als de toren star gefundeerd zou worden, zou de kerk dat ook moeten. En daarvoor had de kerkelijke gemeente geen geld. Constructiebureau Prouw was in eerste instantie alleen bij de restauratie van de kerk betrokken, maar raakte hierdoor dus ook betrokken bij de plannen voor de toren.

Niet rechtzetten
André de Prouw koos als uitgangspunt om de toren te voorzien van een ‘flexibele fundering’, waarbij de zetting van toren en kerk gelijk zouden gaan worden. Rechtzetten van de toren was niet nodig en ook niet wenselijk omdat de in het verleden ontstane scheuren allang gevuld zijn. ‘Al in 1811 is een eerste poging gedaan om de toren recht te zetten.’
Bij de uitwerking van zijn ideeën kon De Prouw beschikken over scheefstandsmetingen van meer dan 100 jaar oud en over de resultaten van een onderzoek van Ingenieursbureau Starmans uit 1989, waarbij de fundering was ontgraven. Daaruit was bekend dat de toren voorzien is van een zeer breed uitlopende fundering van massief metselwerk op een houten raamwerk. De aanlegdiepte is ruim 4 meter onder maaiveld. Waar de toren tegen de kerk aangebouwd is – ca. 100 jaar na de bouw van de kerk – is deze op de fundering van de kerk geplaatst.

Geotechnisch advies
De Prouw schakelde Fugro Ingenieursbureau in voor geotechnisch advies. Uit onderzoek en een computermodel bleek dat de toren in eerste instantie juist tegen de kerk aan gezakt moet zijn door de hogere belasting op de bestaande fundering. Toen de grond daaronder samengeperst was, is de toren juist de andere kant op gaan zakken. Door verschil in grondslag is vervolgens excentriciteit ontstaan, waardoor dus ook de fundering verschillend wordt belast. Fugro heeft deze verschillende belasting van de fundering berekend. Van daaruit is vervolgens bepaald welke draagkracht op welke plek moet worden toegevoegd om de toren niet verder scheef te laten zakken.

Palenplan
Uitgangspunt daarbij was een fundering op palen, die langs de rand zouden worden aangebracht. Dat kon omdat de gemetselde fundering in de praktijk voldoende homogeen is gebleken en dus beschouwd kon worden als een massief vlak. Injecteren was geen optie vanwege mogelijke waterstromen door de grond, omdat klei lastig te injecteren is en omdat het de grondslag te zwaar zou maken, waardoor die juist sneller zou gaan inklinken. Te veel injecteren zou daarbij weer leiden tot een te starre fundering.
Het maken van palen onder een bestaande fundering kan middels jetgrouting. Daarbij worden groutpalen in de bodem gevormd via een klein boorgat door het metselwerk. De Prouw zag dat echter niet zo zitten. Enerzijds omdat hierdoor het houten raamwerk onder de fundering deels in het beton wordt opgesloten, waardoor dat gaat rotten. Anderzijds was er een constructief bezwaar: de draagkracht van deze palen is niet exact te bepalen. Datzelfde bezwaar geldt overigens voor heipalen. Terwijl in dit geval elke paal aan precieze eisen van draagkracht moest voldoen om tot een goede krachtsverdeling te komen.

Gedrukte palen
De oplossing hiervoor is samen met Victor de Waal van Walinco Funderingstechniek gevonden in het drukken van stalen buispalen. Deze palen zijn gedrukt met een kracht van 40 ton, waarmee een draagkracht van ca. 35 ton gerealiseerd is. Voor het drukken is een speciale stellage ontwikkeld, die gebruik maakt van het eigen gewicht (7.000 ton) van de toren. Deze grijpt onder het maaiveld aan in de fundering van de kerk. Aan de andere zijde is een arm gemaakt van ca 7 meter lang, zodat daar met een beperkt contragewicht kon worden volstaan. Er zijn stalen buispalen met een diameter van ø168 mm de grond ingedrukt. Deze palen zijn ca. 8,2 m lang en staan met de punt net op de zandlaag. Vanwege verhouding tussen lengte en diameter zijn stalen buizen gebruikt met een grotere wanddikte dan gebruikelijk (10 mm). Voor het aanbrengen zijn gaten ø 300 mm door de gemetselde fundering geboord. De stalen buispalen staan in deze gaten, waarbij de resterende ruimte rondom de buispaal is aangegoten met grout.

>b>Trekproeven
Dit grout is constructief zeer belangrijk. Het vormt namelijk de enige verbinding tussen de funderingspaal en de gemetselde fundering. Rekenkundig was de verbinding tussen stalen paal en beton geen probleem; die tussen beton en metselwerk echter wel. Volgens de normen kan die verbinding op afschuiving slechts minimale krachten overdragen. Om aan te tonen dat de verbinding toch voldoende zou zijn, schakelde De Prouw TNO Bouw en Ondergrond in. Die namen trekproeven met een betonprop van 20 cm lengte in een gat van ø100 mm. Dat werd op vijf plaatsen gedaan. Op vier plekken was de aanhechting groot en kwam er metselwerk mee met de losschietende betonprop. Slechts in één geval kwam de betonprop in zijn geheel los van het metselwerk en was de aanhechting dus zwak.

Aanhechting
De optredende trekwaarde van deze zwakste aanhechting is als uitgangspunt genomen voor de verdere berekeningen. Daarbij is als totale benodigde aanhechting ook nog eens 60 ton genomen, terwijl de draagkracht van de palen op slechts 35 ton is berekend. De lengte van de aanhechting bleek meer dan voldoende om deze krachten op te nemen. Als extra is in de praktijk ook nog alle uitgeboorde metselwerk gecontroleerd op slechte plekken. Het metselwerk bleek van prima kwaliteit te zijn.
De nieuwe funderingspalen zijn niet op voorspanning gezet. Dat was uitvoeringstechnisch namelijk lastig. De betrokkenen accepteren dat de komende twee jaar nog wat zetting optreedt. Op langere termijn zullen de palen overigens verder in de zandlaag worden gedrukt en daardoor een hogere draagkracht krijgen. Het duurt echter pakweg 150 jaar voordat dat tot problemen leidt. Tegen die tijd zullen zowel kerk als toren toch eens van een starre fundering moeten worden voorzien.