Ontwerpen met bodemdaling in de stad

De bodem in de breedste zin des woords speelt een belangrijke, zo niet cruciale rol in de stedelijke klimaatopgave en de mondiale energietransitie. Niet alleen omdat de problemen zich in de bodem voordoen, maar vooral ook omdat daar ook een groot deel van de oplossingen ligt. Daarom is het noodzakelijk bodemvraagstukken te plaatsen in een integraal perspectief dat zich richt op een veerkrachtig ontwerp dat het ecosysteem, het klimaat en het stedelijk systeem samenbrengt en rekening houdt met de dynamiek van bodem en ondergrond. De dynamiek in de bodem zelf, bodemdaling, is een bijkomende complicatie die niet los staat van de opgaven van klimaatverandering en de energietransitie. Bodemdaling is een kostbare onderhoudskwestie in stedelijk gebied omdat er continue zand moet worden toegevoegd aan de openbare ruimte om deze op hoogte te houden van de voordeuren van woningen en om de aansluiting van het riool aan de woningen te stabiliseren. Daarbij komt dat bodemdaling van invloed is op het watersysteem; het grondwater stijgt relatief gezien, waardoor woningen die op staal (ondiepe fundering) zijn gebouwd en meebewegen last krijgen van natte (ongezonde) kelders. Daarentegen lopen woningen die op houten palen in dieper gelegen zandlagen staan, en dus niet meebewegen, het risico dat de palen boven het grondwater uit komen. Het hout gaat in contact met de buitenlucht oxideren en rotten, een enorme kostenpost voor de eigenaren die dan funderingsherstel moeten plegen. Het aanpakken van het probleem van de bodemdaling kan ook weer de toepassing van innovatieve ontwikkelingen in de hand spelen zoals hieronder zal worden beschreven. Het is in ieder geval zaak om de bodem als een geheel te benaderen en de cascade-effecten te onderkennen en te voorzien van oplossingen die positieve cascade effecten veroorzaken tussen de verschillende problemen. Om dit te kunnen organiseren is kennismakelaardij cruciaal: het betrekken van technische informatie bij planning en ontwerp van de stad. Dit artikel gaat in op de rol van het visualiseren van de bodem als technische ruimte, de ‘machinekamer van de stad’, aan de hand van twee cases waarin bodemdaling een grote rol speelt. 

Visualiseren

Er wordt wel gekscherend gezegd dat voor stedenbouwers alles wat zich onder het maaiveld bevindt niet meer is dan de achterkant van hun tekening: een plat en onzichtbaar deel van de stad. Toch zit er wel waarheid in deze wat chargerende grap. Sinds de eerste Industriële Revolutie hebben stedenbouw en civiele techniek zich als twee zelfstandige disciplines ontwikkeld. De civiel ingenieurs richtten zich op het technisch mogelijk maken van het stedenbouwkundig plan. De stedenbouwers wegen de sociaaleconomische wensen van de betrokken stakeholders af en stemmen de ruimtelijke en functionele belangen op elkaar af. De huidige noodzaak tot hernieuwde samenwerking is drieledig. Als eerste speelt de ondergrond een belangrijke rol in de stedelijke klimaatopgave. Hevigere regenbuien vragen om stedelijke aanpassingen en de bodem speelt een grote rol in waterberging en waterafvoer. Daarnaast heeft in het tegengaan van hittestress in een open bodem een positieve werking. Bovendien is het de basis voor verkoelend groen. De bodem speelt een belangrijke rol in de energietransitie. Systemen voor warmte- en koudeopslag (WKO) en ook de potentie van geothermie in Nederland zijn van belang in de nieuwe energiehuishouding. Het aanleggen of aanpassen van civiele constructies in de bodem is erg kostbaar. Er is dus een noodzaak om daar slim mee om te gaan. Als laatste is de bodem letterlijk het fundament voor alle zichtbare stedelijke invullingen en daarmee een esthetisch aspect zonder weerga.

Bodemdaling is een probleem dat de gevolgen van klimaatverandering verergert en problematisch is in het streven naar andere meer duurzaame energievoorzieningen. Door bodemdaling is er minder waterbergingscapaciteit in de bodem, het maakt energiesystemen kwetsbaar en is een zeer grote post in het onderhoud budget voor de openbare ruimte. Bovendien bepaalt het ook de esthetische keuzes voor het buitenruimte ontwerp omdat er veel onderhoud moet worden gepleegd.

De vraag is: hoe kan in de herontwikkeling van de stad de ondergrond mee worden ontworpen? Met het ontwerp is in te spelen op de dynamiek van het natuurlijk systeem en zijn misschien andere keuzes te maken ten aanzien van de toepassing van beschikbare technologie. Het onderzoek Intelligente Ondergrond (Hooimeijer et al., 2016) heeft geleid tot inzichten en methoden die interdisciplinair ontwerpen en ontwikkelen ondersteunen. Belangrijk is het nemen van stappen vanuit de harde technologie, naar het ontwerp van de publieke ruimte, naar het ontwerp van de stedelijke structuur. Voor elke stap is door de onderzoekers een visualisatie gemaakt die de kennis van de ingenieur en de ontwerper met elkaar verbindt. Vervolgens zijn deze stappen in een workshop verbonden aan een visie en ‘adaptive pathways’ voor een verdichtend en een krimpend scenario.

Afbeelding 1. Door toepassen van Biogrout kan lokaal de grond verstevigd worden om bijvoorbeeld het riool te stabiliseren, het deel van de buitenruimte dat wel zakt moet als groenstrook worden ingericht.

Bron: Filippo Lafleur, Intelligent subsurface quality TUD

Afbeelding 2. Met de toepassing van SoSeal kan een ondoorlaatbaar scherm gemaakt worden in de bodem om het watersysteem op microniveau te beheren. In samenhang met wadi's of groen kan een microwaterbergingseenheid goed functioneren.

Bron: Filippo Lafleur, Intelligent subsurface quality TUD

Cases

Naast het verbinden van het ontwerpproces van de ingenieur en de stedenbouwkundige is het ook zaak dat deze manier van werken kan landen in de ruimtelijke planningsprocessen en documenten. Dat betekent dat technische informatie over de ondergrond zoals bodemdaling, watersysteem, kabels en leidingen en vervuiling ook zichtbaar wordt in ruimtelijke planningsdocumenten op nationale, provinciale en gemeentelijke schaal. Een slimme legenda die al een vertaling is van de technische data naar informatie die ook begrepen kan worden door niet-ingenieurs speelt in deze documenten een cruciale rol. In een eerder project Ontwerpen met de Ondergrond is door de TU en Deltares de Ondergrond Potentiekaart ontwikkeld. Dit is een kaart waarin de data is vertaald naar informatie van de ondergrondse onderwerpen in de categorieën civiele constructies, water, energie en bodem/ecologie. In het project Intelligente Ondergrond (TU Delft) wordt deze potentiekaart verfijnd en gecontextualiseerd naar een technisch profiel. Het technisch profiel heeft een precieze legenda die ook dynamisch kan zijn. De uitdaging is om alle verschillende onderwerpen zo te tekenen dat relaties tussen deze onderwerpen en de bovengrond inzichtelijk worden en daarmee beslissingen te nemen zijn over de gewenste ingrepen en effecten. Bovendien bewegen sommige onderwerpen zich ook op de het hogere schaalniveau, zoals water, energie en ecologie, en hebben onderwerpen als kabels en leidingen en ecologie juist ook een heel laag schaalniveau nodig om te kunnen uitleggen. Het precies tekenen van de ondergrond, of het technisch profiel, wordt getest op twee cases waarin bodemdaling een grote rol speelt: Bloemhof Zuid in Rotterdam en de Helmersbuurt in Amsterdam. 

Bloemhof Zuid Rotterdam

Bloemhof Zuid is een wijk gebouwd in de jaren 30 van de twintigste eeuw op een zeer natte en slappe ondergrond  met een constante bodemdaling en met een woningvoorraad die grotendeels gefundeerd is ‘op staal’ (zonder palen) maar de randen op houten palen. Dit maakt het beheer van het grondwaterpeil enorm gecompliceerd en als oplossing heeft de eigenaar van het grootste deel van de woningen op staal, de wooncorperatie Woonstad, op een aantal plekken al waterpompen geplaatst om wateroverlast te voorkomen. Verder is de technische staat van de voorraadwoningen niet toekomstbestendig en sluit de stedenbouwkundige structuur niet meer aan op de eisen van deze tijd (smalle straten, weinig ruimte voor parkeren, groen en spelen en ondiepe kavels).

De vraag is hoe het vastgoed kan worden ontwikkeld op de lange termijn, rekening houdend met de bodemdaling. Hiervoor stelden de gemeente Rotterdam en Woonstad samen een visie op waarin de samenhanging van de technische condities, of het technisch ‘profiel’, van de wijk een belangrijke factor speelt. De inhoud en rol van het technisch profiel worden aan de hand van deze case preciezer ontwikkeld in het proces van visie vorming door specialisten van de gemeente Rotterdam en Woonstad betrokken bij de case en experts van de TU Delft die betrokken zijn bij het onderzoeksproject Intelligente Ondergrond. 

Afbeelding 3. Door pleinen niet meer op te hogen ontstaan als vanzelf door bodemdaling waterpleinen. Het hoogteverschil is dan een opgave voor het ontwerp van de publieke ruimte.

Bron: Filippo Lafleur, Intelligent subsurface quality TUD

Afbeelding 4. Dit plein aan de Bloemstraat in Rotterdam werd na het ophogen van de straten erlangs vanzelf een waterplein. Helaas werd deze kans voor waterberging teniet gedaan toen het plein zelf ook opgehoogd werd (rechts).

Bron: Google Earth

Helmersbuurt Amsterdam

De Helmersbuurt in Amsterdam is gebouwd in de jaren ‘80 van de negentiende eeuw en is toentertijd integraal opgehoogd. Door het dempen van de Overtoom in de jaren ‘20 van de twintigste eeuw is een belangrijk grondwater beheersend element uit het systeem genomen. Doordat het naastgelegen Vondelpark niet is opgehoogd buigt het grondwater af en komen de houten heipalen van de woningen droog te staan, waardoor een grote kans op paalrot ontstaat. Het gebied is ook onderhevig aan bodemdaling zowel vanwege het inklinken van diepere bodemlagen als door lokale effecten omdat door droogte in de zomer het dragend vermogen van het watersysteem vermindert. Hierdoor versnelt de inklinking van de bovenste veenlaag. Daarnaast is er sprake van hele lokale bodemdaling door het tijdelijk pompen van het grondwater om kelders te realiseren. De druk op de woningmarkt in Amsterdam is zodanig dat het lucratief is om woningen te vergroten, zeker wanneer het lukt om dat met vijf woningen tegelijkertijd te doen. Nadeel voor de omwonenden is wel dat als dat niet op juiste wijze wordt uitgevoerd, de naast deze huizen gelegen tuinen 15 centimeter kunnen inklinken. Dit betekent in veel gevallen geen aansluiting van de achterdeur tot de tuin, scheve schuttingen, wegzakkende terrassen en allerlei schade aan kozijnen en deuren.

Door te weinig kennis van deze problematiek door ontwikkelaars, beleidsmakers en beslissingsnemers, plus een te late check van Waternet aan het eind van het vergunning proces, komt dit veelvuldig voor. Het visualiseren van de problematiek, duidelijk maken in bestemmingsplannen hoe het grondwatersysteem door bebouwing wordt beïnvloed, en oplossingsrichtingen aangeven, zijn onderdeel van het onderzoeksproject Intelligente Ondergrond.

Technisch profiel

Voor beide wijken is een technisch profiel gemaakt. Dit profiel is de vertaling van alle relevantie technische data naar een serie tekeningen die het mogelijk maakt de verschillende onderwerpen tegelijkertijd te analyseren. De tekeningen zijn een plattegrond met een langs en dwarsdoorsnede, doorsnedes van straatprofielen en thematische kaarten op grotere schaal. Het linken van de impact van specifieke technische condities tussen drie schalen is een belangrijk aspect. Het format schrijft ook al de onderwerpen op het hoge schaalniveau voor: ecologie, water en energie en eveneens op het laagste schaalniveau waar het met name de ondergrondse infrastructuur van kabels en leidingen en funderingen in beeld brengt. Op basis van het technische profiel kunnen allerlei oplossingen worden voorgesteld die in een tweede kaart met behulp van dezelfde tekeningen in beeld worden gebracht.

Voor beide cases zijn de volgende vijf oplossingen toepasbaar: Biogrout, SoSeal, partieel ophogen, ‘ontwerpen met bodemdaling’ en nieuwe architectonische typologieën. Bodemverbetering door Biogrout maakt het mogelijk om de draagkracht van de bodem lokaal te verbeteren zodat er heel efficiënt met ruimte kan worden omgegaan. Het effect is dat er meer ruimte kan worden gemaakt voor het natuurlijke systeem en op de grotere schaal meer effect van een groene inrichting te verkrijgen is. Het kan ook gebruikt worden om het riool te stabiliseren en daarmee de kosten van onderhoud terug brengen. Hiermee is ook micromanagement van het watersysteem een effect. Het vraag wel om het anders ontwerpen van de buitenruimte omdat deze de dynamiek van bodemdaling moet gaan accepteren. Er ontstaan bijvoorbeeld hoogteverschillen door dat er natuurlijke delen zijn die wel zakken en andere gebieden zoals stoepen en of straten die niet of minder zakken omdat ze gestabiliseerd zijn. Het ontwerp zal in die zin ook moeten aansluiten en ruimte geven aan een andere manier van onderhoud.

Deze toepassing zou geschikt kunnen zijn in Bloemhof Zuid om tijdelijk delen van het gebied niet meer te onderhouden totdat er in de toekomst woningen vervangen gaan worden.
SoSeal is een biologische manier om de bodem ondoorlaatbaar te maken. Het creeërt kleinere waterbergingseenheden en biedt kansen voor het controleren van mobiele vervuiling. Het maakt het mogelijk de waterbergingseenheden te voorzien van een open bodem met gras of plantsoen en daar dan een grotere bergingscapaciteit te bewerkstellingen, of in de waterbergingseenheden het grondwater zo te beheersen dat woningen op palen en gebouwd op staal tijdelijk kunnen worden gehandhaafd. Het maakt het watersysteem op de grotere schaal meer adaptief voor lokale bodemdalingsdynamiek. In Amsterdam zou het kunnen helpen in het beter beheersen van de grondwaterstromen. Door een scherm aan te leggen daar waar vroeger de Overtoom als open water was, zijn de grondwaterstromen beter te beheren en is paalrot te voorkomen. Dit geldt ook voor bebouwing met kans op paalrot in Bloemhof Zuid, bovendien zou daar micromanagement van het grondwater kunnen helpen in het ondersteunen van een langetermijnvervangingsoperatie van de bebouwing. Bebouwing die pas over langere tijd vervangen of gerenoveerd hoeft te worden is droog te houden door tijdelijke waterbergingseenheden aan te leggen. 

Partieel ophogen is een gangbare methode ontstaan in de jaren 1970 om bestaande groenstructuren in uitbreidingswijken te integreren in het stedenbouwkundig ontwerp. Het is een methode om te ontwerpen met bodemdaling door alleen op te hogen daar waar het functioneel en technisch nodig is en de buitenruimte zo te ontwerpen dat het adaptief is voor de dynamiek van bodem en water. Dat levert meer ruimte op voor het natuurlijk systeem en meer differentiatie in het ontwerp van de openbare ruimte.

Het is eigenlijk een onderhoudsstrategie die ervoor zorgt dat pleinen in de bestaande stad automatisch tot lagergelegen pleinen transformeren waar water tijdelijk kan worden geborgen, zogenaamde waterpleinen. Vanwege de bodemdaling heeft Rotterdam een onderhoudsplan waarin om de zoveel jaar de straten worden opgehoogd om de riolering en de straat te stabiliseren. Op de onderstaande linkerfoto zijn de straten rondom het plein opgehoogd waardoor een waterplein is ontstaan. Bij hevige regenval staat er altijd al water op het plein en spiegelen de glijbaan en wit poëtisch in de plas. In de rechterfoto is te zien dat het gehele plein is opgehoogd en voorzien van een nieuw buitenruimte-ontwerp. Het waterbergend vermogen van het plein is verloren gegaan en ook de grote bomen zijn vervangen door jonge waarmee aan ruimtelijke of natuurlijke kwaliteit is verloren.

Naast het inrichten van de openbare ruimte maakt het ontwikkelen van een nieuwe bebouwingstypologie het mogelijk om adaptief met de bodemdaling om te gaan. Het hoogteverschil dat langzaamaan ontstaat is op te lossen met een flexibele toegang tot de woningen. Met deze variant is er wel een andere oplossing nodig voor het riool. Deze zou door het bevestigen aan de bebouwing gestabiliseerd kunnen worden of wanneer een ander type riool met flexibele pijpen wordt aangelegd is het mogelijk om mee te bewegen met de bodemdaling. Deze strategie is in beide cases denkbaar maar vraag wel een paradigma omslag in het onderhoud van de stad.

Afbeelding 5. Bodemdaling kan ook met een nieuw architectonisch ontwerp worden opgevangen, het ontwerp van een flexibele toegang die anticipeert op bodemdaling is een voorbeeld van nieuwe typologie.

Bron: Filippo Lafleur, Intelligent subsurface quality TUD

Conclusies

Bodemdaling is van invloed op het technisch vormgeven of de methode van bouwrijp maken op het schaalniveau van een wijk en heeft grote negatieve effecten op de kleine schaal zoals de aansluiting van een huis op de straat en riool. Een alternatief is om bodemdaling niet meer op de grote schaal in een keer, maar met kleinschalige architectonische interventies over een langere tijd toe te passen. De nieuwe manieren van omgang met bodemdaling die hier beschreven zijn maken het tot een ontwerpopgave voor architectuur, buitenruimte en infrastructuur. Het is juist interessant en inspirerend voor stedenbouwkundig ontwerpen om bodemdaling niet als een geïsoleerd probleem te zien maar om het juist samen met andere opgaven als kans te benutten voor het integreren van nieuwe technologieën op het gebied van sanitatie en bodemverbetering. Dit vraagt wel om een integrale langetermijnontwerpbenadering die ons voor de uitdaging stelt dat het onderhoud van de stad anders gedaan moet worden. Naast interdisciplinair plannen en ontwerpen, vraagt het ook om interdisciplinair management en onderhoud: nu zijn er gescheiden budgetten voor de buitenruimte, ondergrondse infrastructuur en watermanagement en elke partij gaat voor de korte termijn goedkoopste oplossing. Daarnaast hanteert iedereen vaste werkprocessen die maar moeilijk te veranderen zijn. Het stoppen met ophogen van straten en pleinen met zand betekent dat het probleem in andere domeinen moet worden opgelost. Dat is niet eenvoudig maar kan een ontwerpinnovatie opleveren. De grootste winst van het efficiënter inzetten van de beschikbare technieken is dat het ecosysteem in de stad veel meer ruimte krijgt en de kans krijgt antwoord te geven op de wateropgave en hittestress. Het is met name zaak om de problematiek in die complexiteit te bezien. Een belangrijk hulpmiddel daarbij is om het visualiseren van de technische aspecten van de stad, als een gemeenschappelijke taal, mee te nemen in de dagelijkse stadsontwikkeling.