Thema Ondergrond Tim Debacker, Katrien Oorts, Leen Vincke, Jan Van Roo

Inleiding In het decreet van 8 mei 2009 betreffende de diepe ondergrond, kortweg het Decreet Diepe Ondergrond werd de grens tussen ondiepe en diepe ondergrond vastgelegd op een diepte van 500 m t.o.v. van het TAW-referentiepunt (FIG. 1). Het ondergronds ruimtegebruik zoals bedoeld in deze nota spitst zich toe op het bovenste deel van de ondiepe ondergrond en heeft dus geen betrekking op toepassingen van de diepe ondergrond zoals de opsporing en winning van koolwaterstoffen, diepe aardwarmte of de opslag van CO2.

In Vlaanderen bestaat die ondergrond van onder naar boven, en afhankelijk van de plaats uit:

a) vaste gesteenten (kwartsiet, leisteen, kleisteen, zandsteen, schalie, kalksteen…),

b) losse gesteenten (zand, klei,…)

c) en helemaal bovenaan de bodem (FIG. 1). De bodem vormt in onze streken gemiddeld ongeveer de bovenste 2 m van de ondergrond, waar de ondergrond in contact staat met de atmosfeer, hydrosfeer, en biosfeer. In deze bovenste 2 m zorgen bodemvormende processen voor verschillende ecosysteemdiensten: voedingsstoffen voor planten, habitat voor tal van organismen; spons bij hevige neerslag of droogte; koolstofvanger,..

Fig. 1: Schematische weergave van de ondergrond van Vlaanderen (niet op schaal), met aanduiding van het belang van de (ondiepe) ondergrond en de activiteiten in de ondergrond. Zie tekst.

De eigenschappen van de ondergrond, zoals bodemgesteldheid, lithologie, densiteit, druk- en kleefweerstand, porositeit, permeabiliteit,… zijn variabel en hebben implicaties naar beheer en potentieel gebruik toe. In het kader van ondergronds ruimtegebruik wordt hierbij in de eerste plaats vaak gedacht aan de meer geotechnische aspecten, zoals stabiliteit en funderingen, maar het belang van de eigenschappen van de ondergrond gaat veel verder. De ondiepe ondergrond is belangrijk voor waterhuishouding, leefmilieu, voedselproductie, koolstofopslag, klimaatadaptatie (opvangen van extreme weersomstandigheden) en bevat grondwaterreserves en oppervlaktedelfstoffen (FIG. 1).

Elke vorm van activiteit in de ondergrond heeft een terugkoppeling naar de bovengrond en heeft zijn ondergrondse en bovengrondse ruimtelijke implicaties. Het is voor ondergronds ruimtegebruik dan ook van belang de eigenschappen van de ondergrond te kennen. Voor Vlaanderen is er expertise binnen de afdeling Vlaams Planbureau voor Omgeving (VPO) van het Departement Omgeving en de afdeling Geotechniek van het Departement Mobiliteit en Openbare Werken. Deze kennis wordt gezamenlijk en met academische (UGent, KUleuven,…) en andere onderzoekscentra (VITO,…) constant uitgebouwd.

Kernvraag: hoe bepalend is de aard van de ondergrond voor ondergronds ruimtegebruik en de planning daarvan? Het antwoord op “hoe bepalend is de aard van de ondergrond voor ondergronds ruimtegebruik en de planning daarvan” situeert zich op verschillende niveaus, en hierbij is steeds een afweging nodig tussen noodzaak, budget, technische know-how, ondergrondaspecten en ecologische aspecten.

Eigenlijk kan geotechnisch zowat alles, afhankelijk van de vraag en noden en het budget. Indien er de socio-economische nood is om op een bepaalde plaats een ondergronds project te verwezenlijken, dan kan men dat, met de huidige geotechnische expertise en mits voldoende budget, ook verwezenlijken, ongeacht de samenstelling van de ondergrond. Voortdurend worden er ondergrondse projecten verwezenlijkt en die gaan steeds dieper of worden steeds ambitieuzer. Zo gaat de 50 km lange Channel tunnel tot 115 m onder zeeniveau (bouw 1988-1994) en gaan de funderingen van de 452 m hoge Petronas Twin Towers (KL, bouw 1992 - 1998) tot 120 m diep. De geplande hyperloop van Musk wil dan weer zorgen voor supersnel ondergronds intercity transport.

Indien er concrete plannen zijn, zijn ondergrondsamenstelling en grondwatertafel bepalend voor de feitelijke uitvoeringsplannen. Diepte, exacte locatie, en materiaalkeuze zullen aangepast moeten worden in functie van de eigenschappen van de ondergrond, wat een weerslag zal hebben op de kostprijs. De skyline van Manhattan (NY) is een vaak vermeld voorbeeld waarbij de hoogste gebouwen gefundeerd zijn op ondiepe harde rotsgrond en zones met lage gebouwen zich bevinden op losse gesteenten waar de harde rotsgrond dieper voorkomt. In Brussel (FIG. 2) is de grillige bocht van de N-Z-spoorwegverbinding en de vernauwing van de ondergrondse spoorverbinding tussen Brussel-Zuid en Brussel-Noord toe te schrijven aan de ondergrondsamenstelling: weg uit de slappe sedimenten en onderliggende Tertiaire kleien van de Zenne-vallei, naar de basis van de zanden van Brussel op de oostelijke valleiflank (“de Zavel”).

Een degelijk vooronderzoek is essentieel om mogelijke problemen met de ondergrond vooraf te onderkennen en het ontwerp daarop af te stemmen.

Fig. 2: Voorbeeld van hoe ondergrondsamenstelling en grondwater bepalend zijn voor feitelijke uitvoeringsplannen. Figuur toont Tertiairkaart van Brussel (bron: DOV), met spoortraject van N-Z-verbinding in rood. Het ondergronds spoortraject maakt een bocht naar de valleiflank toe, weg van de Formatie van Kortrijk in de Zenne-vallei en de bovenliggende (hier niet-getoonde) slappe alluviale afzettingen van de Zenne-vallei, naar de meer stabiele oostelijke valleiflank, ingesneden in de basis van de Formatie van Brussel.

De technische verwezenlijking kan implicaties hebben voor waterhuishouding, bodem, en stabiliteit. Indien er concrete plannen zijn, moet, naast de implicaties van de eigenschappen van de ondergrond op de geplande structuur (zie hierboven), ook onderzocht worden wat de mogelijke implicaties zijn van de geplande structuur op de nabije omgeving. Dit zijn in het bijzonder implicaties voor waterhuishouding, bodem en de stabiliteit van reeds bestaande structuren. Ook dit kan een aanpassing van de uitvoeringsplannen vereisen en ook hiervoor is degelijk vooronderzoek met kosten-baten-analyse essentieel om mogelijke problemen vooraf te onderkennen en het ontwerp daarop af te stemmen.

Het vernieuwde station Antwerpen-Centraal, bijvoorbeeld, heeft sporen tot op een diepte van 20 m onder de grond (bouw 1998 – 2006), veel dieper dan het normale grondwaterpeil (~gemiddeld peil van nabijgelegen Schelde). De ondergrondse spoorgedeelten liggen in een betonnen bak, die niet waterdicht is en een continue bemaling nodig heeft. Hierdoor is ook het grondwaterpeil in de omgeving, zoals onder de aanpalende Zoo van Antwerpen sterk verlaagd waardoor de vegetatie er constante irrigatie nodig heeft (FIG. 3).

Fig. 3: Voorbeeld van hoe een ondergrondse ingreep en de technische verwezenlijking hiervan een invloed kan hebben op het freatisch grondwaterpeil. Links: ondergrondse hal van station van Antwerpen. Rechts: een schematische voorstelling van een verlaagd grondwaterpeil ten oosten van het centraal station, onder de ZOO, ten gevolge van continue bemaling om het ondergrondse gedeelte van het station droog te houden.

Ondergrondaspecten in rekening te brengen In dit deel wordt een kort, niet limitatief overzicht gegeven van enkele eigenschappen van de ondergrond waarmee rekening dient gehouden te worden bij ondergronds ruimtegebruik.

Met de bodemdata, geologische data en het bestaande geologische 3D model van de ondergrond van Vlaanderen die ter beschikking staan op Databank Ondergrond Vlaanderen (https://www.dov.vlaanderen.be en https://www.dov.vlaanderen.be/page/geologisch-3d-model-g3d) kunnen de meeste van deze in rekening te brengen aspecten van de ondergrond geraadpleegd en in kaart gebracht worden.

Geotechnische referentiedocumenten zijn terug te vinden op: http://www.bggg-gbms.be/index.cfm?n01=reference_documents). Deze behelzen onder andere:

Standaardprocedures voor geotechnisch onderzoek: Algemene bepalingen; Standaardprocedures voor geotechnisch onderzoek: Sonderingen; Richtlijnen Bemalingen.

Op Europees vlak wordt de lezer verwezen naar het project COST Sub-Urban: “A European network of Geological Surveys, Cities and Research Partners working together to improve how we manage the ground beneath our cities” http://sub-urban.squarespace.com/). Wat betreft de bodemafdekking (soil sealing) en de rol van bodem in de stad (Urban Soil Management Strategy project) wordt verwezen naar de website van de Europese commissie (http://ec.europa.eu/environment/soil/sealing_guidelines.htm)

Losse versus vaste gesteenten De ondergrond bestaat in Vlaanderen uit een basis van vaste gesteenten, waarop losse sedimenten liggen. De stabiliteit van, en de uitgraving en tunnelaanleg in, vaste gesteenten is totaal anders dan in losse sedimenten. Vaste gesteenten bieden veel meer stabiliteit, maar uitgraving is veel moeilijker en kostelijker in vaste gesteenten zoals rots dan in zand-, klei-, leem- of grindpakketten. Daarnaast kunnen stenen in de ondergrond (bijvoorbeeld zandstenen, septaria) ervoor zorgen dat er speciale boortechnieken moeten gebruikt worden, bepaalde paaltypes niet uitvoerbaar zijn enzovoort.

Met de beschikbare geologische kennis is de grens tussen vaste en losse gesteenten bekend in 3D, en kunnen kaarten gemaakt worden van het voorkomen van de grens tussen vaste en losse gesteenten voor verschillende diepte-intervallen (FIG. 4). Ook de verschillende geologische eenheden waarin zandstenen, septaria, dikke grindpakketten,… aanwezig kunnen zijn, zijn bekend.

Fig. 4: Voorkomen van vaste gesteenten in de ondergrond van Vlaanderen, aan het oppervlak (maaiveld), en op dieptes van 50 m en 100 m onder het maaiveld (bron: DOV). Links: snijding van top van Massief van Brabant met huidige topografie, huidige topografie 50 m verlaagd en huidige topografie 100 m verlaagd. Rechts: voorkomen van harde gesteenten aan oppervlak, voorkomen van harde gesteenten van Massief van Brabant op diepte van 50 m onder maaiveld, en voorkomen van harde gesteenten van Massief van Brabant op diepte van 100 m onder maaiveld.

Oplossing van carbonaten In bepaalde delen van de Vlaamse ondergrond komen kalkstenen, krijt, mergels en kalkhoudende zanden voor. Het door insijpelend water oplossen van voornamelijk calciumcarbonaat zorgt in kalkstenen (vaste gesteenten), voor grotvorming (“verkarsting”). Dit geldt ook voor mergels en krijtafzettingen, waarin vaak natuurlijke oplossingsholtes verder uitgegraven zijn voor allerhande toepassingen (opslag, champignonkweek; natuurprojecten (vleermuizen)). Dit kan zorgen voor stabiliteitsproblemen voor structuren boven oplossingsholtes, maar anderzijds kunnen de natuurlijk gevormde grotten ook aangewend worden voor ondergronds ruimtegebruik (vb. Riemst). De kalksteenafzettingen zijn bekend, en de relatief ondiepe kalksteenafzettingen in Vlaanderen kunnen in 3D gevisualiseerd worden, waardoor een zone van mogelijke grotten en oplossingsholtes te voorspellen is.

Op lokale schaal treedt in losse sedimenten, zoals kalkhoudende zanden (Zanden van Brussel bv.), op ondiep niveau ook oplossing op van kalk, dit vaak ten gevolge van lekkende rioleringen. Deze oplossing gaat gepaard met wegspoeling van een deel van het sediment, waardoor lokaal ondiepe instortingen ontstaan met wegdekinzakkingen en stabiliteitsproblemen als gevolg.

Zwel- en krimpgedrag van klei en glauconiethoudende zanden Klei bestaat uit partikels kleiner dan 0,002 mm. Klei heeft in regel een slechtere draagkracht dan silt (0,002 mm – 0,063 mm), zand (0,063 mm – 2 mm) en grind (> 2 mm), in het bijzonder wanneer het waterverzadigd is. Hierdoor wordt klei gewoonlijk vermeden voor de funderingen van hoge bovengrondse constructies. Daarentegen heeft klei wel een beduidend hogere wrijvingsweerstand dan zand en silt, wat dan weer een voordeel is voor bepaalde geotechnische toepassingen, zoals o.a.

“trekpalen”, die gebruikt worden om asymmetrische constructies in balans te houden of om te vermijden dat waterdichte ondergrondse constructies door stijgend grondwater gaan “opdrijven”.

Sommige kleien, zoals deze van de smektietgroep, hebben daarenboven de eigenschap water op te nemen in hun kristalrooster, waardoor ze afhankelijk van hun mineralogische samenstelling sterk kunnen gaan zwellen wanneer waterverzadigd. Het zwellen en bij uitdroging terug krimpen van dergelijke kleien heeft implicaties voor de stabiliteit van zowel bovengrondse als ondergrondse structuren.

Naast de aanwezigheid van kleipakketten, bevinden er zich in de Vlaamse ondergrond heel wat glauconiethoudende zanden (FIG. 5, FIG. 6). Glauconiet is eigenlijk een opgerold kleimineraal dat zich in marien afgezette zanden gedraagt als “pseudo-zandkorrels”. Deze groene “pseudo-zandkorrels” gaan onder invloed van belasting en in het bijzonder onder invloed van trillingen (bij inslaan van funderingspalen, onder spoorwegen, bij verdichting,…) uiteenvallen tot individuele kleipartikels, wat lokale inzakking veroorzaakt en ook implicaties heeft voor waterhuishouding (vermindering van porositeit en permeabiliteit).

Het voorkomen van de voornaamste kleiafzettingen en glauconiethoudende zanden in de Vlaamse ondergrond is bekend en ook de voornaamste smektietvoorkomens zijn bekend (FIG. 5, FIG. 6). Het specifieke zwel- en krimpgedrag van de kleien zal variëren tussen de verschillende leden en formaties (stratigrafische lagen), en zal ook variëren met diepte van voorkomen. In het Verenigd Koninkrijk heeft men een grotendeels voorspellende kaart uitgebracht van het gemeten en voorspelde zwelgedrag van kleien voor enkele ondiepe diepte-intervallen (http://www.bgs.ac.uk/products/geoSure/geoSureLondon.html). Een dergelijke oefening, waarbij het specifiek krimp- en zwelgedrag van klei-afzettingen in Vlaanderen in 3D wordt in kaart gebracht, dringt zich op. Het bepalen van de concentratie aan glauconiet in de bekende glauconiethoudende zandpakketten, de vertaling hiervan naar geotechnische eigenschappen en het construeren van een 3D model met deze eigenschappen wordt momenteel verkend door VPO en Geotechniek.

Fig. 5: Gekend voorkomen van kleipakketten in Vlaanderen geïllustreerd op een NO-ZW-profiel (bron: DOV). Het profiel toont zachthellende kleipakketten in blauw en zandpakketten in geel, onder Kwartaire bedekking (geel) en bovenop Krijt (bleekgroen, ZW) en sokkel (olijfgroen, ZW). Sectielocatie is in rood aangeduid op inset rechtsboven.

Fig. 6: Ondiep (< 6m) voorkomen van glauconiethoudend zand in Vlaanderen (bron: DOV).

Afglijdingen - grondverschuivingen In de heuvelachtige gebieden van Vlaanderen, in het bijzonder in en rond de streek van de Vlaamse Ardennen, komen afglijdingen voor. Deze afglijdingen zijn grotendeels een cumulatief resultaat van de lokale topografie (een helling), de (grond-)waterhuishouding, de geologie en menselijke ingrepen. Hierbij treden grote neerslaghoeveelheden vaak als “trigger” op, samen met menselijke ingrepen.

De afglijdingen treden gewoonlijk op in of aan de basis van een waterverzadigd zandpakket boven een weinig permeabele kleilaag, in het bijzonder in de aanwezigheid van smektiet-rijke kleien. Menselijke invloeden die hierbij een rol spelen zijn afgravingen onderaan de hellingen (vijveraanleg), belasting bovenaan de helling (constructies, ophogingen), boskap, verstoring van de drainage, …

Elke ingreep die in deze gebieden de waterhuishouding verstoort of de belasting van een helling beïnvloedt, kan op termijn een grondverschuiving in de hand werken. De op DOV beschikbare gevoeligheidskaart voor grondverschuivingen voor de Vlaamse Ardennen, het Pajottenland en het West-Vlaams Heuvelland kan aangewend worden als toetsingskader.

Alluviale afzettingen en veen Alluviale afzettingen zijn sedimenten afgezet door rivieren. Aangezien rivierlopen doorheen de tijd veranderen, de rivieren in Vlaanderen meanderen (“kronkelen”) en ze zich sinds de IJstijden amper insnijden in het landschap (en eerder het landschap helpen ophogen), zijn de riviervalleien in Vlaanderen en de daarin voorkomende sedimenten veel wijder uitgestrekt dan de huidige rivierlopen (FIG. 7). De alluviale afzettingen in Vlaanderen bestaan uit zand en silt, afgezet in de rivierloop zelf, en silt, klei en veen, afgezet in trager stromend water, gewoonlijk op de overstromingsvlakte buiten de riviergeul. Doorheen de tijd resulteerde dit in 3D in een dik en breed uitgestrekt heterogeen pakket van zand, silt, klei en veen, dat niet voorgecompacteerd is en bovendien vaak waterverzadigd is (FIG. 7). Deze afzettingen hebben heel weinig draagkracht.

Fig. 7: Schematische doorsnede van een riviervallei in Vlaanderen. De huidige rivierloop bestrijkt slechts een heel klein deel van de eigenlijke riviervallei. Deze riviervallei is opgebouwd uit een heel

heterogeen, heel-weinig voorgecompacteerd en waterverzadigd pakket (olijfgroen op figuur), bestaande uit lenzen van klei, silt, zand en veen.

Veel van onze historische steden zijn gevestigd langsheen waterlopen en bevinden zich op dergelijke “slappe” waterverzadigde gronden. Ook dit is bijvoorbeeld een reden voor de grillige bocht in de N-Z-spoorverbinding te Brussel, hoger vermeld: weg geraken uit de “slappe” waterverzadigde alluviale sedimenten van de Zenne vallei (FIG. 2).

Hierbij moet ook specifiek aandacht besteed worden aan veen (FIG. 8). Veen is plantaardig materiaal dat is bewaard gebleven onder natte, zuurstofarme omstandigheden. In Vlaanderen is veen voornamelijk terug te vinden in de ondiepe ondergrond van de polders en alluviale vlaktes. Het veen in de recente alluviale afzettingen in Vlaanderen is niet gecompacteerd en vaak waterverzadigd. Bij dalende grondwaterstanden komt dit veen bloot te liggen en zal het krimpen (“inklinken”). Dit kan zorgen voor stabiliteitsproblemen. In de polders bijvoorbeeld zorgt het voorkomen van veenlenzen vaak voor differentiële zettingen in nieuwbouwwijken, met schade tot gevolg. Vaak is het inklinken van veen irreversibel en spreekt men van veraarding van veen waarbij inversie van het landschap kan optreden. Veen houdt een enorme hoeveelheid koolstof vast maar bij het uitdrogen van veen wordt deze organische koolstof afgebroken en komt een grote hoeveelheid CO2 vrij. Bij continue bemaling voor grote ondergrondse constructies is te verwachten dat eventueel aanwezig veen zal inklinken en veraarden, met differentiële inzakking en CO2-emmissie tot gevolg. Als voorbeeld kan verwezen worden naar het Geels Gebroekt, waarbinnen het natuurreservaat De Zegge in oorsprong het allernatste (en laagste) deel van het broek was, maar nu tot 2m boven het omringende landschap uitsteekt. Dat omringend landschap moet continu bemaald worden, omdat er anders een zeer grote plas zou ontstaan waar nu allemaal maïsakkers liggen.

Fig. 8: Bodemkaart in DOV met focus op riviervallei (alluviale afzettingen) met aanduiding van veen als: kakigroene vlakken met bodemtype V en als arcering met ‘v’ (veen-substraat of variante profielontwikkeling met veen).

Alluviale afzettingen en veenhoudende afzettingen zijn terug te vinden op de bodemkaart en in de bodemprofielen en boringen op DOV (FIG. 7).

Grondwater: diepte Ondergrondse constructies moeten drooggehouden worden. In gebieden met relatief ondiep grondwater, zoals in veel delen van Vlaanderen, zal dit bemaling vereisen. Afhankelijk van de

constructie kan een permanente continue bemaling nodig zijn, ook na voltooiing van het ondergrondse bouwproject. Een dergelijke continue afpomping van grondwater is echter te vermijden.

Bemaling zorgt ook in de omgeving voor een verlaging van het grondwaterpeil. Naast mogelijke stabiliteitsproblemen ter plaatse van omliggende constructies (zettingen,…) zal dit nefast zijn voor de aanwezige bodem en de plantengroei (uitdroging, waardoor irrigatie vereist is: vb. Zoo van Antwerpen - Antwerpen-Centraal) (FIG. 3). Overvloedige bemaling kan ook resulteren in subsidentie, zeker in aanwezigheid van zwellende kleien en/of veen. In Californië heeft grootschalige bemaling voor landbouwdoeleinden tussen 1925 en 1977 gezorgd voor een daling van het maaiveld van 9 m(!) Ook het “zinken” van Venetië is deels toe te schrijven aan de voormalige extractie van grondwater en diep aardgas. Bemaling kan ook resulteren in veraarding van veen met hoge CO2-emissies tot gevolg.

Bij bemaling voor ondergronds ruimtegebruik moet ook stilgestaan worden bij duurzaam gebruik van opgepompt grondwater. Niettegenstaande er in Vlaanderen in theorie voldoende neerslag valt, zorgt onze toenemende verstedelijking met verharding, gecombineerd met indijking, voor een toename aan “run-off” (afstroming), een toename aan overstromingen en een vermindering aan waterinfiltratie. Hierdoor is er een gestage daling van ons regionaal grondwaterpeil. Het lozen van water uit bemalingen in riolen, beken of rivieren versterkt deze daling. Er moet hierbij, met het oog op het regionaal grondwaterpeil, overwogen worden het afgepompte grondwater op te vangen en aan te wenden, of misschien zelfs terug te injecteren. In het droge Tel Aviv bijvoorbeeld wordt water uit bemalingen zwaar belast, tenzij dit water terug wordt geïnjecteerd.

Bij het ontwerp en de uitvoering van ondergrondse constructies is het belangrijk om water ongestoord doorheen de bodem en de ondergrond te laten infiltreren. Vlaanderen is na Malta de Europese regio met de hoogste verhardingsgraad waardoor reeds heel wat water niet door de bodem en ondergrond kan infiltreren maar oppervlakkig afstroomt met lage grondwatertafels en overstromingen tot gevolg. Onafgedekte bodem moet ook in de diepte zoveel mogelijk gevrijwaard worden van waterondoorlaatbare constructies. Water dat valt op afgedekte bodem en waterondoorlaatbare ondergrondse constructies wordt indien mogelijk afgeleid naar infiltratievoorzieningen.

Grondwater: kwaliteit en samenstelling Grootschalige tijdelijke of permanente bemaling in het kader van ondergrondse constructies kan ook de lokale kwaliteit van het grondwater in gevaar brengen.

Grootschalige bemaling kan lokaal zorgen voor een verstoring van de grondwaterstroming, waardoor voorheen gecontroleerde of onbekende vervuilingsbronnen plaatselijk toch voor vervuild opgepompt water kunnen zorgen (drinkwaterput voor dieren, irrigatiewaterput,…). In de kustzone herbergen de duinen een lokale, maar heel kwetsbare zoetwaterlens die rust bovenop het meer dense zoute grondwater (zeewater). Ongecontroleerde grootschalige bemaling voor ondergrondse constructies kan de grens tussen zout en zoet grondwater danig verstoring, met verzilting van het ondiepe grondwater tot gevolg (FIG. 9).

Fig. 9: Hoogte van de grens tussen zout en zoet water tussen Zeebrugge en de Nederlandse grens, toestand 2014. Hierbij is hoe ondieper, hoe slechter. (Bron: DOV)

Bodem en waterbeschikbaarheid Het is onduidelijk welke invloed een relatief ondiepe ondergrondse (waterdichte) structuur heeft op de waterbeschikbaarheid in de bodem. Bij onvoldoende waterafvoer ter hoogte van de constructie blijft de bodem veel te nat en zal de bodem vaak waterverzadigd zijn wat de (bio)chemische processen in de bodem zal verstoren (bv. anaerobe processen ipv aerobe processen). Maar bij te snelle afvoer van het water zal de bodem kampen met droogte en zal onvoldoende water beschikbaar zijn voor de vegetatie en het bodemleven. De vermindering van de waterbeschikbaarheid in de bodem heeft implicaties op tal van (bio)chemische reacties in de bodem en zo een grote invloed op het functioneren van het ecosysteem. Daarenboven wordt door het volume van de waterdichte ondergrondse constructie het totaal waterbergend vermogen van de bodem kleiner waardoor de buffer van de bodem bij extreme regenval kleiner wordt.

Bodem en fysieke verstoring Een goede bodemstructuur is essentieel voor het leveren van ecosysteemdiensten door de bodem. Door extreme belasting en verstoring tijdens werken aan ondergrondse constructies kan deze bodemstructuur aangetast worden. Bodemverdichting speelt zich ondergronds af en is daarom weinig zichtbaar en minder bekend. Bij bodemverdichting worden bodemdeeltjes samengedrukt, waardoor de ruimte voor water en lucht vermindert waardoor de waterbeschikbaarheid en het bufferend vermogen van de bodem voor extreme weersomstandigheden afneemt. Bodemverdichting belemmert de wortelgroei, zodat gewassen minder gemakkelijk nutriënten en water uit de bodem kunnen opnemen (FIG. 10). De bodem berijden met te zware machines en/of onder te natte omstandigheden zorgt voor onherstelbare schade. Bodems hebben een bepaalde draagkracht, die afhankelijk is van de bodemtextuur, de bodemstructuur en het vochtgehalte van de bodem.

Bij uitgraving van bodem voor de aanleg van ondergrondse constructies wordt de bodemstructuur vernietigd. Het is aanbevolen om ofwel te boren via de ondergrond en zo de bodemstructuur boven de ondergrondse constructie intact te houden ofwel laag per laag af te graven en de bodem/ondergrond daarna zo correct mogelijk terug te plaatsen zonder te verdichten.

FIG. 10: Vergelijking van de functies die een niet-verdichte (links) en een verdichte bodem (rechts) kunnen vervullen: effecten op infiltratie van neerslagwater, ontwikkeling van het wortelstelsel, beweging van capillair water, beluchting van de bodem, denitrificatie, regenwormactiviteit, …

Bodem en opwarming ondergrond

Steden en agglomeraties vormen hitte-eilanden ten gevolge van hun hoge verhardingsgraad (FIG. 11). Onverharde bodem, het gewas dat deze bodem bedekt en (ondiep) grondwater hebben namelijk een temperatuursregulerend effect. Een studie (Wolff et al., 2011) heeft het afkoelende effect van onafgedekte bodem en vegetatie proberen te ramen. Eén hectare bodem met een hoog waterhoudend vermogen afdichten, leidt tot een aanzienlijk verlies aan evapotranspiratie. De energie die nodig is om die hoeveelheid water te laten verdampen, is gelijk aan het jaarlijks energieverbruik van ongeveer 9 000 diepvriezers, namelijk om en bij de 2,5 miljoen kWh. Met de introductie van ondergrondse gebruiksruimtes wordt warme lucht in de ondiepe ondergrond binnengelaten en gaat tegelijk een volume bodem en ondergrond met afkoelende eigenschappen verloren. Het is te verwachten dat dit, gecombineerd met een daling van het ondiepe grondwater ten gevolge van bemaling, zal zorgen voor een stijging van de temperatuur van de ondiepe ondergrond, waardoor het hitte-eiland-effect in steden verder versterkt wordt. Naast een invloed op de mens, kan dit implicaties hebben voor bodem en vegetatie (microbiële processen, …).

FIG. 11: Hitte-eilandeffect in Vlaanderen (2015), Bron : Ruimte Vlaanderen | Technum

Opportuniteit: primaire oppervlaktedelfstoffen Een Vlaamse primaire oppervlaktedelfstof wordt in het decreet van 4 april 2003 betreffende oppervlaktedelfstoffen, kortweg het Oppervlaktedelfstoffendecreet, gedefinieerd als elke oppervlaktedelfstof die aan de natuurlijke samenstelling beantwoordt en die afkomstig is uit een omgevingsvergunningsplichtige ontginning in een ontginningsgebied.

Een voor primaire oppervlaktedelfstoffen geschikte geologische laag stopt uiteraard niet aan de juridische grens van een ontginningsgebied. Dit betekent dat er in het kader van ondergronds ruimtegebruik potentieel bodemmateriaal kan worden uitgegraven dat dienstig kan zijn als een alternatief voor een primaire oppervlaktedelfstof. ‘Grond’ die wordt uitgegraven buiten ontginningsgebieden en vrijkomt bij bv. graafwerken in het kader van infrastructuurwerken, aanleg van spaarbekkens, tunneluitgravingen enz… wordt juridisch “uitgegraven bodem” genoemd (niet te verwarren met feitelijke bodem zoals getoond in Fig. 1) (FIG. 12).

Een optimaal gebruik van deze “uitgegraven bodem” kan in grote mate bijdragen tot een duurzaam en maatschappelijk verantwoord gebruik van beschikbare bodemrijkdommen omdat de inzet van deze alternatieven bijdraagt aan het zuinig en spaarzaam omspringen met primaire oppervlaktedelfstoffen (FIG. 12).

Fig. 12: Inzet minerale grondstoffen in Vlaanderen, met focus op opportuniteiten uit grondverzet. Opportuniteiten uit grondverzet zijn de minerale grondstoffen die ontgonnen worden buiten de ontginningsgebieden, en juridisch “uitgegraven bodem” genoemd worden. Ondergronds ruimtegebruik zal leiden tot meer opportuniteiten uit grondverzet, waardoor het aandeel van bijvoorbeeld geïmporteerde delfstoffen kan dalen.

Het is bijgevolg aangewezen om voorafgaand aan het project van ondergronds ruimtegebruik ook vanuit deze invalshoek een onderzoek te verrichten van de ondergrond zodat op basis van een delfstoffentoets kan worden ingeschat of een selectieve afgraving van goede geologische lagen kan bijdragen aan de grondstoffenbevoorrading (FIG. 13).

Dit onderzoek heeft dan ook meteen zijn belang voor de inschatting van de kostprijs die gepaard gaat met het grondverzet. De uitgegraven grond zal immers vaak niet ter plaatste kunnen worden verwerkt zodat de afvoer ervan een bijkomende kostenpost betekent die afhankelijk van de milieuhygiënische en bouwtechnische kwaliteit van de grond, de afnemers en de transportafstand nogal kan verschillen. Als de grond doelgericht wordt uitgegraven kan sprake zijn van een natuurlijke rijkdom met een hoogwaardige toepassing in plaats van ballastgrond. Dit kan de kostprijs voor het grondverzet van het project ten goede komen.

De voorkomens van de relevante geologische lagen en delfstoffenmodellen zijn beschikbaar op DOV (FIG. 13).

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

2010 2011 2013 2015

28%

30%24%

22%

kton

Opportuniteiten uitgrondverzet

Andere alternatievenvoor Vlaamse primairedelfstoffenGeïmporteerdedelfstoffen

Vlaamse primairedelfstoffen

Fig. 13: Voorkomen van delfstoffen in Vlaanderen. Links: Kaart met het (ondiepe) voorkomen van Kwartaire delfstoffen in Vlaanderen. Rechts: Schematische weergave van voxel-model, waarmee voorkomen van delfstoffen in 3D in kaart gebracht kan worden, met parameters zoals zuiverheid etc… Dit kan o.a. gebruikt worden om ondergronds ruimtegebruik af te stemmen met voorkomen van delfstoffen.

Aanbevelingen Juridisch en beleidsmatig Bij elk project met mogelijks ondergronds ruimtegebruik zou eerst een verplicht vooronderzoek moeten gebeuren, een haalbaarheidsstudie waarin onder andere wordt onderzocht wat de invloed is op nabijgelegen constructies (stabiliteitstechnisch), op de bodem (bijvoorbeeld infiltratie), … Deze haalbaarheidsstudie zal beoordeeld moeten worden, en daartoe is het aangewezen dat er al op voorhand zoveel mogelijk items, richtlijnen, eisen, grenswaarden, … worden vastgelegd zodat elke haalbaarheidsstudie hetzelfde kwalitatieve niveau haalt en kan beoordeeld worden. Deze eisen en richtlijnen liggen nu nog niet vast, en het vastleggen hiervan zal een inspanning vragen. Idealiter wordt dit vanuit het beleid ondersteund (bijvoorbeeld een studieproject)?

Er moet voor ondergronds ruimtegebruik ook gedacht worden aan een grondwaterregeling die infiltratie en injectie van opgepompt water of water bovenop ondoordringbare constructies stimuleert.

Het aanleggen van ondergrondse ruimtes, met voorontwerp, grondwaterregeling, mogelijke implicaties voor grondwater, bodem en bestaande infrastructuur in de omgeving zou moeten worden opgenomen in de omgevingsvergunning. Bestaande richtlijnen (bijvoorbeeld deze met betrekking tot grondonderzoek en bemalingen) zullen moeten worden uitgebreid met een katern rond ondergronds ruimtegebruik.

Stimuleer en verplicht om bij renovatie en hergebruik zich de vraag te stellen of er voordeel is om ondergrond op die plaats te gebruiken?

Op termijn moet gestreefd worden naar een beleidsplan voor de ondiepe ondergrond.

Sensibilisering Het brede publiek stimuleren en sensibiliseren omtrent het belang van de ondergrond en het gebruik daarvan en verhelpen dat mensen de ondergrond (en de kennis ervan) beschouwen als een black box.

Architecten, ontwikkelaars, planners, gemeentes, … zouden moeten betrokken worden bij dergelijke sensibilisering. Hierbij moet er ook gestreefd worden naar het verhogen van de verstaanbaarheid en communicatie.

Pilootprojecten zijn aangewezen om ervaring op te doen: welke baten kunnen gecombineerd worden?; over welke invloeden is nog niet nagedacht?…

Het uitstippelen van de verdere krijtlijnen rond ondergronds ruimtegebruik is een uitgelezen kans om met verschillende partijen over de entiteiten heen samen te werken.

Kennisdeling Kennisdeling met steden, publieke organisaties, private investeerders, … Hierbij moeten de noodzaak voor het duurzaam omgaan met de ondergrond en het besef van de onomkeerbaarheid van ingrepen in de ondergrond gecommuniceerd worden. Het opstellen van gedetailleerde 3D modellen van de ondergrond van verstedelijkte gebieden voor en samen met de gemeentes.

Opleidingen moeten voorzien worden die zich toespitsen op ondergronds bouwen, die praktijkgericht zijn, en een link vormen naar en tussen verschillende bestaande disciplines.

We moeten ook ervaring opdoen, en leren van uitgevoerde projecten. Het groeiboek van het Centrum voor Ondergronds Bouwen voor ontwikkelaars, architecten, … is hiervan een voorbeeld.

Kennisopbouw Inventariseren van alle bestaande ondergrondse constructies. Voor nutsleidingen bestaat hiervoor KLIP (Kabel en Leiding Informatie Portaal), maar dit zou nog moeten aangevuld worden met informatie omtrent tunnels, kelders, mijnschachten, groeves, … Hiervoor kan DOV (Databank Ondergrond Vlaanderen) een goede tool zijn. Er kunnen extra kaartlagen en/of functionaliteiten worden ontwikkeld om deze informatie te verzamelen en te visualiseren. DOV zou moeten gekoppeld worden aan KLIP, en aan BIM (Bouw Informatie Model), en dan aan ruimtegebruik. Dit alles zou eigenlijk als één database standaard voorhanden moeten zijn en gebruikt worden bij te verplichten voorstudies.

In kaart brengen/atlas maken van alle reeds bestaande ondergrondse gebruiken (garages, opslagruimtes, leidingen, tunnels,…).

Bestaande richtlijnen met betrekking tot grondonderzoek en bemalingen uitbreiden met een katern rond ondergronds ruimtegebruik.

Onderzoek naar de invloed op bestaande structuren in de nabije omgeving, bijvoorbeeld in het kader van stabiliteit en grondwater.

Onderzoek naar de invloed van ondergronds bouwen op ecosystemen, bodems en grondwater, en dit op korte en lange termijn.

Onderzoek naar hoogwaardig en duurzaam grondgebruik (grondverzet), en naar hoogwaardige toepassingen, van voor ondergronds ruimtegebruik uitgegraven gronden.

Haalbaarheidsstudie uitvoeren voor specifiek stedelijk gebied of gebieden, waarbij bovengrondse behoefte gelinkt wordt aan ondergrondse mogelijkheden.

Ten slotte dient er ook aan kennisopbouw gedaan te worden voor het beoordelen van toekomstige vergunningsaanvragen.