Wat doet een bewegende bodem met een huis?

Op het eerste gezicht ziet het monumentale huis in het Gelderse Zoelen er piekfijn uit. Maar kijk je beter, dan zie je scheuren in de gevel. Deze zijn veroorzaakt door de ondergrond: klei die door weersomstandigheden krimpt en zwelt waardoor delen van het huis ook bewegen. Dit fenomeen brengt steeds vaker schade toe aan funderingen en gebouwen. Deltares werkt met verschillende partijen, waaronder TNO, samen om zoveel mogelijk informatie over eigenschappen van de ondergrond en de kwetsbaarheid van gebouwen te krijgen.

Vandaag plaatst een team onderzoekers van Deltares en TNO tientallen meetinstrumenten op en in de ondergrond rond een 19e-eeuws woonhuis in Zoelen. Tussen de regenbuien door brengen ze sensors aan op de muren, onder de grond en stellen een camera op. Zo verzamelen ze gegevens over de bewegingen van het huis en de ondergrond, als onderdeel van een onderzoek naar de oorzaken en gevolgen van funderingsschade in Nederland. Fysisch geografen en experts bodemdaling Otto Levelt en Harry van Essen maken deel uit van het Deltares-team. Waar Deltares zich richt op de processen in de ondergrond, richt TNO zich op de conditie van het gebouw. Zo ontstaat een compleet beeld van de wisselwerking tussen bodem en constructie.

Plekken om te meten

Huizen met een ondiepe fundering die het risico schade op te lopen door zwellen en krimpen van de klei in de ondergrond, vind je op verschillende plekken in Nederland, van Groningen tot Limburg en van Utrecht tot het rivierengebied. Sinds de extreem droge zomer van 2018 ontvangen de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed (RCE) en het Kennis Centrum Aanpak Funderingsproblematiek (KCAF) steeds meer meldingen van bewoners over scheuren en schade aan funderingen, vertelt Otto Levelt.

Deze organisaties zochten samen met Deltares en later ook TNO, locaties waar dit soort gebouwen langdurig zijn te monitoren. De RCE wees op een rijksmonumentale boerderij uit 1850 in Rossum waar in 2024 onderzoek is gestart, het KCAF droeg de woning in Zoelen aan. “Dit is voor ons heel belangrijk”, zegt Otto. “Plekken waar we lange tijd kunnen meten, geven ons de kans te begrijpen hoe processen in de bodem zich voltrekken en hoe gebouwen daarop reageren. Deze huizen zijn niet alleen gekozen omdat ze op klei staan en ondiep gefundeerd zijn, ook omdat ze voldoende ruimte bieden voor het plaatsen van de meetapparatuur. En natuurlijk omdat de bewoners mee willen werken.”

Van scheur tot sensor

“Wat we willen weten is: wat gebeurt er in de ondergrond en hoe zie je dat terug? Hoe snel reageert de bodem op verschillende weersomstandigheden? In hoeverre en hoe snel is er interactie tussen beweging in de grond en beweging in het gebouw? En wanneer ontwikkelt zich schade?” somt Otto de vragen op waar ze in Zoelen antwoord op willen krijgen.

Om die vragen te beantwoorden, brengen Deltares en TNO rondom en op het huis een uitgebreid meetsysteem aan. Inclinatiemeters zijn het meest zichtbaar: zij meten aan het gebouw de scheefstand - hoeveel de hoeken uit het lood gaan en in welke richting - en de ontwikkeling van bestaande scheuren: worden ze groter of kleiner? In Zoelen zetten ze een vaste camera neer, die dagelijks een foto maakt van hetzelfde stuk van een gevel. Met behulp van beeldanalyse en AI bekijken de onderzoekers of minieme veranderingen in voegen en scheuren zijn te bespeuren. Otto: “We willen zien of die voegen door de tijd heen bewegen.”

Vocht en droogte

Otto en Harry buigen zich over de meetinstrumenten die informatie geven over grondwaterstanden, bodemvocht en het gedrag van verschillende bodemlagen. Op verschillende dieptes plaatsen ze extensometers. Daarmee kunnen ze zien hoe afzonderlijke bodemlagen bewegen ten opzichte van elkaar. Daarnaast jagen ze tensiometers in de grond, die vertellen in welke mate de bodem water vasthoudt. Volgens Otto belangrijke informatie naast de bodemvochtsensoren: “Die tensiometers laten zien hoe hard er aan het water getrokken wordt door plant- of boomwortels. Als wortels hard moeten werken om vocht te vinden, is de grond erg droog. Tensiometers geven ons een beter beeld van de mate van verdroging.”

Een weerstation registreert ondertussen neerslag, temperatuur, luchtvochtigheid, wind en zonnekracht. Daarmee kunnen veranderingen in bodem en gebouw worden gekoppeld aan weersomstandigheden. Daarnaast wordt rekening gehouden met de omgevingsfactoren die mogelijk ook van invloed zijn op de bodemvochtgehaltes, zoals terrassen. Otto: “Onze aanname is dat verharding het bodemvochtgehalte redelijk stabiel houdt, doordat er minder water kan verdampen en er minder water bij komt. Of dit daadwerkelijk zo is, meten we hier, maar ook op andere locaties. Als het bodemvochtgehalte inderdaad redelijk stabiel blijft, zou het aanleggen of laten liggen van verharding rond een gebouw mogelijk bescherming bieden tegen sterke krimp en zwel van de onderliggende klei.”

Bewoners als medeonderzoekers

De bewoners van de meetlocaties zijn enorm betrokken. De eigenaar van de woning in Zoelen stelde niet alleen zijn huis en tuin beschikbaar, hij helpt ook mee met het verzamelen van gegevens. “Wij vragen hem eens in de week een waterpas te pakken en de hoek tussen twee paaltjes te meten, die op verschillende dieptes in zijn tuin zijn geslagen”, aldus Otto. Deze eenvoudige metingen leveren waardevolle informatie op over kleine bewegingen in de ondergrond.

De meeste gegevens worden automatisch doorgestuurd via dataloggers, maar Deltares en TNO onderhouden intensief contact met de bewoners van de meetlocaties. “Wat zij zien, geeft ons meer inzicht in wat er op de plek gebeurt en het kan onze metingen bevestigen”, legt Otto uit. “Bovendien vinden de bewoners van de meeste meetlocaties dit onderzoek erg belangrijk en helpen ze ons deze problematiek op de agenda te zetten.”

Lange adem

Hoewel de meetapparatuur continu gegevens verzamelt, verwachten Deltares en TNO niet direct antwoorden. “Processen in de ondergrond verlopen langzaam en verschillen sterk per locatie”, aldus Otto. “Daarom moet je voor dit soort monitoringstrajecten een lange adem hebben. Na één jaar leer je wel iets, maar na vijf jaar zie je pas echt patronen of dingen die terugkomen. Bovendien leren we gaandeweg ook steeds beter meten.”

De onderzoekers breiden graag het aantal meetlocaties uit. Naast Rossum en Zoelen voert Deltares ook op andere plekken in Nederland waar zwel- en krimpklei voorkomt metingen uit. Otto: “In Arnhem mogen we meten in een huis dat wordt gesloopt, wat ons de kans geeft de theorie te onderzoeken of er onder een huis minder beweging is dan naast een huis. We kijken daar naar de verschillen in vochtgehalte onder een huis en in de grond om het huis heen.”

Op alle plekken neemt Deltares bodemmonsters, die worden onderzocht in het eigen laboratorium. “We hebben honderden monsters en kijken daarbij onder andere naar de plasticiteitsindex, dat zegt iets over de potentie tot zwellen.”

Praktische richtlijnen

Door alle gegevens te combineren, ontstaat stap voor stap een landelijk beeld van waar krimp- en zwelgevoelige klei voorkomt en hoe gebouwen daarop reageren. Uiteindelijk moeten de metingen bijdragen aan praktische richtlijnen voor eigenaren, gemeenten en beleidsmakers en onderdeel worden van de Nationale Aanpak Funderingen, die ervoor moet zorgen dat huiseigenaren veilig en toekomstbestendig kunnen wonen. Op welke plekken lopen gebouwen het risico op funderingsschade? Welke signalen wijzen op toekomstige schade? En welke maatregelen kunnen helpen om funderingsproblemen te voorkomen?

Daarvoor is veel meer onderzoek en monitoringsinformatie nodig, benadrukt Otto. “En dus ook meer veldwerk. Dit is van groot belang voor de kwaliteit van het onderzoek, omdat de werkelijkheid altijd meer diffuus is dan je papieren je vertellen. Het verbaast me iedere keer weer hoeveel de ondergrond op kleine afstand van elkaar verschilt. Dan sta je ergens waar klei in de bodem zou zitten, maar zit het toch anders. Dat zie je pas als je in het veld bent en een boor in de grond zet. Met veldwerk verbeteren we onze modellen en vergroten we onze kennisbasis. Bovendien is het leuk om weg te zijn van je bureau en iets met je handen te doen. Zelfs als het giet van de regen, zoals in Zoelen.”