Kennisplatform CROW Online Kennisbank

Heeft u vragen? U kunt ons ook bellen op tel: 0318-695315

Interesse?

Neem een abonnement op Funderingen en trillingen

Abonnementsinfo
Inloggen
Handboek Funderingen – Deel A (Eurocode 7)
Deze tekst is gepubliceerd op 23-04-19

A 4200 Uitvoeringstechnische aspecten paalfunderingen

A 4200 Uitvoeringstechnische aspecten paalfunderingen
A 4210 Voorbereidingen
Op basis van een gedetailleerde beschouwing van de krachtwerking in de bovenbouw dient de constructeur een funderingsontwerp en palenplan te maken. Deze tekening moet minimaal de volgende gegevens bevatten:
  • de systeemassen van de draagconstructie op een schaal van 1:100 of 1:200
  • de plaats van de palen met een duidelijke maatvoering
  • het type en de dwarsafmeting van de diverse palen, aangegeven met merktekens
  • de paalbelasting per paaltype/-afmeting
  • de nummering van de palen, corresponderend met de nummers in de gewichtsberekening
  • het vereiste paalpuntniveau, aangegeven in zones
  • de toe te passen wapening, soms beperkt tot kopnet
  • details van de aansluiting van de paal op de bovenliggende constructie
  • peil van de bovenzijde van de paal, afkapniveau en steklengte van de wapening
  • het werkniveau, dat wil zeggen het maaiveldniveau tijdens het inbrengen van de paal
  • eventuele schoorstanden; helling en richting
  • plaats en nummers van de sonderingen
  • obstakels in de ondergrond, zoals oude palen en funderingsresten van oude bebouwing, zo goed mogelijk gelokaliseerd
  • belendingen
  • mogelijke voorschriften met betrekking tot onder meer:
      -de heivolgorde (routing)
      -voorboren, spuiten en dergelijke
      -bloktype
      -beperkingen ten aanzien van trillingen
      -beperkingen ten aanzien van geluidsniveaus
  • het bouwpeil ten opzichte van NAP
  • de ligging van het noorden.
De aannemer dient vooraf een werkplan te maken, waarin onder meer wordt aangegeven welk materieel voor het werk wordt ingezet, de planning van de werkzaamheden, de methode van inbrengen, de werkvolgorde en de wijze van opslag. Voorts moeten de participerende partijen vooraf goede afspraken maken omtrent de keuring van het materiaal en de controle op het uitzetwerk en de draagkracht van de palen, alsmede het te kalenderen traject van de paal. Speciale aandacht moet worden geschonken aan de procedure die moet worden gevolgd bij onregelmatigheden tijdens de paalinstallatie.
Voor veel van de bovengenoemde aspecten zijn beoordelingsrichtlijnen geformuleerd in de BRL's van met name het KIWA, zie ook A 4270 en A 5000.
Met name bij gecompliceerde werken verdient het aanbeveling om in het werkplan de procedure te omschrijven die moet worden gevolgd bij het optreden van afwijkingen. De aard van de maatregelen moet worden vastgesteld in onderling overleg tussen bouwdirectie en aannemer. Bij afwijkingen kan worden gedacht aan problemen als:
  • paalbreuk
  • niet op diepte krijgen van de paal
  • te diep wegslaan van de paal
  • onvoldoende weerstand van de bodem
  • onjuiste paalplaatsing
  • het aantreffen van obstakels.
Enerzijds wordt met behulp van een dergelijk plan voorkomen dat er onnodige stagnatie optreedt tijdens het inbrengen van de palen, terwijl anderzijds de verantwoordelijkheden en eventuele kostenconsequenties vooraf eenduidig kunnen worden vastgelegd.
Een uitgebreide beschrijving van het toezicht op de realisatie van paalfunderingen is gegeven in CUR-Aanbeveling 114.
A 4220 Inbrengen van de palen
Inleiding
Funderingspalen kunnen op verschillende manieren op diepte worden gebracht, waarbij het voor het ontwerp van essentieel belang is of er bij het inbrengen grondverdringing dan wel grondverwijdering optreedt; zie ook A 3410. In deel B van dit handboek wordt voor elk specifiek gangbaar paalsysteem ingegaan op de diverse fasen van de paalfabricage. In het navolgende wordt volstaan met het aangeven van algemene aspecten met betrekking tot de navolgende inbrengmechanismen.
Figuur A 42-1
Inbrengmechanismen
Grondverdringend Niet grondverdringend
heien •
schroeven • •
trillen •
drukken •
boren •
pulsen •
A 4230 Heiwerk
A. Heiblokken
In het verleden werden voor het heien van funderingspalen hoofdzakelijk valblokken en stoomblokken toegepast. In de jaren '50 deed het dieselblok zijn intrede. Tegenwoordig worden stoomblokken nagenoeg alleen nog gebruikt bij offshore-werken, terwijl in het laatste decennium hydraulische heiblokken, naast de dieselblokken, steeds veelvuldiger worden ingezet. In beperkte mate vindt ook het persluchtblok, een variant op het valblok, nog toepassing.
In A 4280 wordt de in Nederland toegepaste funderingsapparatuur nader behandeld.
B. Heiproces
Bij heiwerk ontstaat een botsing tussen het blok en de paal, waarbij een drukgolf in de paal wordt geïntroduceerd met een loopsnelheid c:
c = √(E/ρ)
waarin:
c = voortplantingssnelheid van de golf [m/s]
staal: c ≈ 5200 m/s
beton/hout: c ≈ 4000 m/s
E = elasticiteitsmodulus paalmateriaal [N/m²]
ρ = dichtheid van het paalmateriaal [kg/m³]
Als gevolg van de afgifte van schuifspanningen aan de grond rond de paalschacht treedt een demping op van het energieniveau van de golf. Bij de paalpunt reflecteert de drukspanningsgolf, waarna deze zich in de vorm van een trekgolf naar boven beweegt. Indien aan de punt voldoende drukkracht resteert om de drempel van de dynamische grondweerstand te overschrijden, resulteert dit in een zakking van de paal en een grondverdringing. In figuur A 42-2 is dit proces nader geïllustreerd.
Figuur A 42-2
Heiproces; spanningen in de paal als functie van de tijd
[ link ]
De grootte van de zakking hangt enerzijds af van de grondweerstand en anderzijds van de grootte en de duur van de heislag. De duur van de heislag op de paalkop wordt hoofdzakelijk bepaald door de volumieke massa van het bewegende deel van het blok, inclusief de eventuele slagplaat, en de doorsnede van de paal, en in mindere mate door de eigenschappen van de heimuts.
Het heiproces moet in feite worden benaderd aan de hand van een verenmodel, waarbij aan elk essentieel element specifieke eigenschappen worden toegekend, een en ander afhankelijk van de afmetingen en het elastische gedrag. Hierbij zijn te onderscheiden:
  • het valblok
  • de mutsvulling als drukverdelende laag
  • het slagstuk bij dieselblokken
  • de heimuts
  • de paal met omringende grond.
In figuur A 42-3 is dit mechanisme geschematiseerd door een model van veren en dempers.
Met eenvoudige handberekeningen is het dan ook nagenoeg niet mogelijk betrouwbare resultaten te verkrijgen omtrent de te verwachten paalzakkingen en de optredende druk- en trekspanningen. In bijzondere gevallen wordt daarom gebruik gemaakt van specifieke computerprogramma's, zoals bijvoorbeeld bij de toepassing van heipalen met een grote diameter en/of lengte. Ook het ontbreken van voldoende ervaringsgegevens met betrekking tot het gehanteerde paalsysteem of de heersende bodemgesteldheid kan aanleiding geven tot het uitvoeren van computersimulaties. Aan offshore-heiwerken gaan nagenoeg altijd heibaarheidsstudies met behulp van de computer vooraf.
Figuur A 42-3
Modellering paal en grond bij heiwerk; massa-veerdemper-systeem
[ link ]
Met name de volgende programma's worden in de Nederlandse praktijk min of meer regelmatig toegepast:
Naam programma Ontwikkeld c.q. beheerd door
PILEWAVE BAM
DYNAP3 Ballast-Nedam
(PIDRIL) Geo-Delft
HYPAL CIAD
WEAP, GRLWEAP Smith
TNOWAVE TNO
De programma's DYNAP3, PIDRIL, WEAP, HYPAL en GRLWEAP zijn gebaseerd op het voornoemde massa-veer(demper)systeem, terwijl aan het programma PILEWAVE een continu rekenmodel ten grondslag ligt. In grote lijnen komen de benodigde invoergrootheden en de berekende parameters van alle genoemde programma's met elkaar overeen. Voor specifieke gegevens wordt verwezen naar de betreffende beheerders.
Ook bij computerberekeningen dienen echter enige reserves te worden ingecalculeerd en geldt dat betrouwbare invoergegevens vereist zijn voor het verkrijgen van een representatief resultaat. Voorts moet men erop bedacht zijn dat er zich onvoorziene omstandigheden kunnen voordoen tijdens de uitvoering van het heiwerk, waardoor afwijkingen in het zakkingsgedrag en de heispanningen kunnen ontstaan ten opzichte van de berekeningsresultaten. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan het optreden van wateroverspanning, de aanwezigheid van obstakels in de bodem of het verlopen van een paal.
In onderdeel C hieronder wordt een aantal basisbegrippen en praktische vuistregels met betrekking tot het heiproces nader toegelicht.
Als gevolg van de heitrillingen en het grondverdringende karakter van de palen wordt de weerstand van de aanwezige zandlagen tijdens het heiwerk verhoogd. Enerzijds treedt een grondverbetering op als gevolg van een herschikking van de korrels, terwijl anderzijds een opspanning plaatsvindt van het zand rond de palen. Bij paalgroepen treedt dit fenomeen in versterkte mate op. Een en ander leidt tot zwaarder heiwerk, zodat met dit effect rekening moet worden gehouden bij de keuze van de heivolgorde.
Ook het verlagen van de grondwaterstand kan leiden tot een verhoging van de dynamische grondweerstand. Bij afname van de druk van het grondwater neemt de korrelspanning immers toe, zodat meer energie in de paal moet worden gebracht om de gewenste diepte te bereiken. Bij ontgravingen voor bouwputten en dergelijke ontstaat het tegenovergestelde effect: door ontspanning van de dieper gelegen lagen wordt de heiweerstand lager.
Onder invloed van het heiproces kan in losgepakte, fijnkorrelige of silthoudende zandlagen een tijdelijke wateroverspanning worden gegenereerd, doordat het grondwater in de poriën tussen de korrels nabij de paal onvoldoende snel kan afstromen. Dit fenomeen kan lokaal de dynamische grondweerstand aanzienlijk reduceren.
De palen kunnen eventueel onder een helling in de grond worden gebracht. De haalbare schoorstand is onder meer afhankelijk van het paaltype, de stelling, de richting (voorover of achterover heien) en het type heiblok. Bij het schoor heien van palen neemt de effectiviteit van het heiwerk af ten opzichte van een verticale paalstand overeenkomstig de grafiek van figuur A 42-4.
Figuur A 42-4
Correctiefactoren op afgegeven heienergie bij schoorstand
[ link ]
Onder bepaalde omstandigheden kan worden overwogen om geprefabriceerde betonpalen beneden het maaiveldpeil weg te heien. Hierbij wordt dan veelal gebruik gemaakt van een stalen paaloplanger. Het moge duidelijk zijn dat het rendement van het heiwerk af zal nemen als gevolg van de extra energieverliezen bij de aansluiting van de oplanger op respectievelijk de heimuts en de paalkop.
C. Heispanningen
De maximale kracht in de paal als gevolg van een heislag kan worden omschreven met de volgende formule:
F = Z · v
F = maximale kracht in de paalkop [N]
v = trefsnelheid van het blok op de paal [m/s]
Z = impedantie van de paal, waarvoor geldt:
Z = E · A / c
E = elasticiteitsmodulus van het paalmateriaal [N/m²]
A = oppervlakte van de paaldoorsnede [m²]
c = voortplantingssnelheid van de spanningsgolf [m/s]; zie onderdeel B hierboven
In de bovenstaande formule wordt het heiblok gekarakteriseerd als een oneindig stijf element, zodat de maximale krachten worden berekend. Een meer genuanceerde benadering van de optredende kracht in een paal onder invloed van een heislag kan worden verkregen met behulp van de formule:
[ link ]
waarin:
F = kracht in de paal als gevolg van een heislag [N]
v = trefsnelheid van het blok op de paal [m/s]
Z
1
 = impedantie van het blok [N·s/m]
Z
2
 = impedantie van de paal [N·s/m]
De tijdsduur van de slag bedraagt circa 0,01 tot 0,05 seconde, waarbij de slagkracht in de tijd varieert, zoals grafisch is weergegeven in figuur A 42-6.
Op basis van een eenvoudige energiebeschouwing kan de trefsnelheid van het blok als volgt worden vastgesteld:
v = √(2gh)
waarin:
v = trefsnelheid [m/s]
g = versnelling van de zwaartekracht [9,81 m/s2]
h = valhoogte van het blok [m]
Door de genoemde formules te combineren wordt voor de maximale heispanningen in de paalkop de volgende relatie gevonden:
σ = v √(E·ρ)
waarin:
σ = heispanning in de paal [N/m²]
v = trefsnelheid [m/s]
E = elasticiteitsmodulus van het paalmateriaal [N/m²]
ρ = dichtheid van het materiaal [kg/m³]
Voor de maximale drukspanningen in een paalkop als gevolg van heiwerk kunnen indicatief de waarden worden aangehouden die in figuur A 42-5 zijn aangegeven.
Figuur A 42-5
Maximale drukspanning in paal bij heiwerk (v = trefsnelheid in m/s)
Materiaal paal Maximale drukspanning [N/mm²]
beton 8 à 10 v
staal 40 v
hout 2,5 à 4 v
Uit het bovenstaande blijkt dus dat de heispanningen lineair evenredig zijn met de trefsnelheid van het blok en derhalve hoofdzakelijk worden bepaald door de valhoogte. De zwaarte van het blok speelt hierbij geen rol. De valhoogte is dus gelimiteerd.
In figuur A 42-6 is het verloop van de drukkracht in de tijd gegeven voor een representatief geval.
Figuur A 42-6
Krachtverloop heislag
[ link ]
Er moet worden gestreefd naar het ideale slagbeeld, dat wil zeggen een drukspanning die voldoende hoog is om de grondweerstand te overwinnen maar die de sterkte van het paalmateriaal niet overschrijdt, en een relatief lange duur van de drukgolf.
In figuur A 42-7 en A 42-8 is respectievelijk een geschematiseerd ideaal slagbeeld gegeven en een praktisch te realiseren slagbeeld.
Figuur A 42-7
Geschematiseerd ideaal slagbeeld
[ link ]

Figuur A 42-8Realiseerbaar slagbeeld

[ link ]
De grootte van de werkelijk optredende drukspanningen bij heiwerk is afhankelijk van een groot aantal uiteenlopende factoren, waarvan hier de belangrijkste worden vermeld (zie ook figuur A 42-9):
  • De effectieve valhoogte c.q. de trefsnelheid
    Bij vrije-valblokken en hydraulische blokken is de valhoogte vrij nauwkeurig in te stellen. Bij dieselblokken wordt de effectieve valhoogte niet alleen bepaald door de brandstoftoevoer, maar ook door de remming die door de plunjer wordt ondervonden onder invloed van de compressie in de cilinder. In de praktijk wordt in verband hiermee voor dieselblokken wel een reductiepercentage van circa 70% aangehouden. Bij het (te) warm worden van het blok treedt voorts een vermindering van de effectiviteit op.
  • De kwaliteit van de muts/mutsvulling
    Als drukverdelende laag boven de paal wordt in de heimuts een mutsvulling aangebracht. Hiervoor wordt doorgaans relatief zacht, droog vurenhout toegepast in 2 à 3 lagen. Naarmate de muts in zijn geheel zachter is, worden de piekspanningen beperkt en wordt de tijdsduur van de heislag verlengd. De energie wordt als het ware meer gelijkmatig toegevoerd, zodat het slagbeeld meer het ideale beeld van figuur A 42-7 benadert. Men moet er echter op bedacht zijn dat de kwaliteit en de dikte van de mutsvulling tijdens het heiwerk terugloopt. Het hout moet dan ook frequent worden vervangen, waarbij kan worden uitgegaan van een levensduur van maximaal circa 1000 slagen.
    Er zijn experimenten uitgevoerd met mutsvullingen bestaande uit kunststofblokken. Deze blokken hebben gedurende langere tijd een constante kwaliteit. Dergelijke materialen vinden echter vooralsnog weinig toepassing in de heipraktijk.
  • Als gevolg van de combinatie van buigspanning en axiale druk kunnen bij excentriciteiten tijdens het heiwerk hoge piekspanningen ontstaan aan de paalkop. Excentriciteiten kunnen zich voordoen bij het verlopen van de paal, of wanneer het blok niet goed is gesteld, en, bij schoorpalen, in geval van een onvoldoende geleiding. Ook een niet goed passende heimuts kan hierop van invloed zijn. Bij een excentriciteit van 10 mm kan een verhoging van de maximale drukspanning worden verwacht van 15 à 30% ten opzichte van een zuiver centrisch geheide paal, terwijl dit percentage bij een excentriciteit van 20 mm zelfs 30 à 55% kan bedragen, een en ander afhankelijk van de dwarsafmeting van de paal.
Figuur A 42-9
Slagbeeld afhankelijk van de mutsvulling en de valhoogte
[ link ]
De grootte van de optredende trekspanningen wordt bepaald door de weerstand van de bodem, die voornamelijk bij de paalpunt wordt ondervonden (zie figuur A 42-10), de grootte van de drukspanning in de neerwaartse drukgolf, alsmede de treksterkte van de paal. De lengte van de drukgolf ten opzichte van de paallengte kan hierbij een indicatie geven van het risico van scheurvorming door overschrijding van de paaltreksterkte. Naarmate de verhouding tussen de golflengte en de paallengte groter is, neemt de kans op paalschade af.
Figuur A 42-10
Reflectie van spanningsgolven; resulterende spanningen
[ link ]
De golflengte kan op de volgende wijze globaal worden benaderd:
Lgolf = Tgolf c
Tgolf = Mblok / A·√(Eρ)
Anders geformuleerd:
Lgolf / Lpaal = Mblok / Mpaal
waarin:
L
golf
 = lengte van de spanningsgolf
L
paal
 = lengte van de paal
T
golf
 = trillingsperiode van de golf
c = voortplantingssnelheid in het paalmateriaal
M
blok
 = massa van het bewegende deel van het blok
M
paal
 = massa van de paal
A = oppervlak van de paaldoorsnede
ρ = soortelijke massa van het paalmateriaal
E = elasticiteitsmodulus van het paalmateriaal
In de praktijk blijkt dat de genoemde verhouding bij dieselblokken tussen 0,50 en 0,75 moet liggen teneinde de kans op trekscheuren te beperken. Bij hydraulische blokken bedraagt de optimale verhouding 0,75 à 1,00.
D. Blokkeuze
Bij de keuze van het meest geschikte blok voor een bepaald werk kunnen onder meer de volgende aspecten van belang zijn:
  • De heienergie dient zodanig te worden gekozen dat de kalendering in de funderingszandlaag interpreteerbaar is over het traject nabij het ontwerppaalpuntniveau; dat betekent een benodigde kalenderwaarde van minimaal circa 15 slagen per tocht van 0,25 m; zie ook A 4270 onder het kopje 'Tijdens fabricageproces'.
  • Lokale ervaring met betrekking tot de dynamische weerstand van de bodem is van groot belang voor de keuze van het blok c.q. de benodigde slagenergie van een blok.
  • De capaciteit van een blok wordt gekarakteriseerd door de slagenergie. Deze energie is in principe lineair evenredig met de effectieve valhoogte van het bewegende deel van het blok.
  • De maximale drukspanning in een paal als gevolg van heiwerk; deze is, zoals reeds vermeld, afhankelijk van de valhoogte en niet van de massa van het heiblok.
  • Bij een zwaar heiblok wordt de heislag over een langere periode uitgeoefend, hetgeen de effectiviteit van het heiwerk ten goede komt. Bij lichte blokken is de kortdurende drukgolf slechts gedeeltelijk in staat de reflecterende trekgolf te compenseren.
In het kader van de bovenstaande punten heeft de toepassing van een zwaar blok met een kleinere valhoogte de voorkeur boven een lichter blok met een relatief grote valhoogte.
Voorts geldt nog het volgende:
  • Teneinde de trekspanningen in de paal te beperken moet de massa van het bewegende deel van het blok 50 à 100% bedragen van de massa van de te heien paal; zie hierboven.
  • De heienergie van dieselblokken is bij de huidige typen vaak regelbaar door middel van een dosering van de brandstoftoevoer. De werkelijke energie-afgifte is echter niet eenduidig vast te stellen vanwege de afhankelijkheid van de weerstand van de bodem, de compressie in de cilinder, de temperatuur van het blok, de vervuiling van het blok en dergelijke.
  • Hydraulische blokken en valblokken zijn in de regel wel goed regelbaar, en de grootte van de heienergie is continu en op betrouwbare wijze vast te stellen.
  • De heigegevens kunnen bij hydraulische blokken en een aantal vrijevalblokken direct en automatisch worden waargenomen en geregistreerd.
  • Wanneer over een lang traject een geringe grondweerstand wordt verwacht, kan de toepassing van een dieselblok een aanzienlijke vertraging opleveren in verband met het niet op gang komen van de zelfontbranding. Het valgewicht moet dan steeds door middel van 'katten' omhoog worden gebracht.
  • Het spatten van dieselblokken kan vervuiling van de grond en de belendende gevels veroorzaken.
In figuur A 42-11 is een vergelijkend overzicht gegeven van de eigenschappen van de diverse bloktypen, inclusief de verderop in dit gedeelte te behandelen trilblokken.
Figuur A 42-11
Vergelijkend overzicht eigenschappen hei- en trilblokken
valblok stroomblok persluchtblok dieselblok hydroblok rilblok
vorm energiediagram + ++ ++ o +++ ++
trefsnelheid valblok regelbaar ++ ++ ++ o +++ -
energieverbruik/rendement ++ ++ ++ + ++ +
verhouding E
blok
:E
paal
 + ++ ++ + +++ ++
mogelijkheid controle op krachtswerking o o o o +++ ++
snelheid van inbrengen/trekken + ++ ++ ++ +++ +++
mogelijkheid trekken - + + - + +++
mogelijkheid werking onder water - + o - +++ ++¹
bedrijfszekerheid ++ + ++ ++ ++ ++
geluidhinder + o + o ++ +++
trillingshinder + + + o + +
luchtvervuiling ++ + +++ o +++ ++
eigen gewicht + o o ++ + +¹
benodigd hulpmateriaal o o o ++ +++ ++
aanlooptijd ++ o + + ++ ++
mankracht o o + ++ ++ ++
kostprijs ++ + ++ ++ + +++
algemene ervaring ++ ++ + +++ ++ +
1) Geldt alleen voor hydraulische trilblokken.
+++ zeer gunstig
++ gunstig
+ aanvaardbaar
o minder gunstig
- slecht
A 4235 Overige inbrengmethoden
Schroeven
Afhankelijk van de uitvoeringswijze kan het schroeven van palen een grondverdringend of grondverwijderend karakter hebben. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen systemen met een avegaar (een over de gehele lengte of een groot deel van de buis doorgaande schroefdraad) en systemen met een gladde buis, voorzien van een schroefpunt. In figuur A 42-12 is een voorbeeld gegeven van de vorm van een schroefpunt.
Bij schroeven is in de regel sprake van in de grond gevormde palen. Schroefpalen kunnen ook verbuisd worden uitgevoerd. Hierbij wordt rond de avegaar een buis geplaatst, die de grond afschermt van de draaiende avegaar.
Bij geschroefde paalsystemen is de hinder voor de omgeving voor wat betreft trillingen en geluid gering. Vanwege het inbrengproces en de benodigde materialen moet echter bij de grondverdringende typen rekening worden gehouden met hogere kosten ten opzichte van geheide paalsystemen.
De capaciteit van het inbrengmaterieel wordt bepaald door het beschikbare draaimoment in combinatie met het axiale drukvermogen. In figuur A 42-13 is een indicatie gegeven voor het benodigde draaimoment voor avegaarpalen. Deze tabel heeft slechts een oriënterende waarde. De aard van de grondslag en de paallengte spelen eveneens een belangrijke rol.
Figuur A 42-12
Voorbeeld schroefpunt
[ link ]

Figuur A 42-13Indicatie draaimoment avegaarpalen

Draaimoment
[kNm] 		Maximale paaldiameter
[mm]
30-40 300
40-60 450
60-100 600
120-150 1000
De in de tabel aangegeven lagere waarden voor het draaimoment zijn ontleend aan norm NVN 6724. In de praktijk blijkt echter dat een hoger draaimoment tot een beter resultaat leidt. Bij onvoldoende capaciteit kan men het vastlopen van de avegaar namelijk alleen voorkomen door de avegaar te beletten om te zakken. Dit betekent dat de avegaar blijft draaien terwijl er niet of nauwelijks een zakking wordt bewerkstelligd, het zogenaamde schrapen. Indien hierbij verticaal grondtransport optreedt, resulteert dit in een ontspanning van de bodemlagen en dus in een reductie van de draagkracht van de paal.
Voor aanvullende gegevens betreffende toegepaste apparatuur wordt verwezen naar A 4280.
Trillen
A. Werking trilblokken
De werking van trilblokken is beschreven in A 4280 'Funderings apparatuur'.
Het blok wordt met een speciale klem, bestaande uit hoogwaardig staal, vast op de paal geplaatst. De capaciteit van het blok wordt bepaald door het beschikbare vermogen in kW. De geschiktheid van een blok voor een specifiek geval dient met name te worden vastgesteld op basis van de specificaties van de slagkracht en de verplaatsingsamplitude; zie B 6200.
Voor een vergelijkend overzicht van de karakteristieke eigenschappen van trilblokken ten opzichte van heiblokken wordt verwezen naar figuur A 42-11.
B. Proces van inbrengen
Door de in het trilblok ronddraaiende excentrische massa's wordt een sinusvormige, verticale belasting in de paal geïntroduceerd. Tevens wordt door het gewicht van het blok een permanente statische belasting op de paal uitgeoefend. Bij een overschrijding van de dynamische weerstand van de bodem ondergaat de paal een zakking onder invloed van de spanningsgolven. Hierbij speelt de verweking van de grDit gedrag van de bodem treedt niet of slechts in beperkte mate op in geval van zeer dichte zandpakketten of zeer goed doorlatende grove zand- en grindlagen. Ook in cohesieve gronden en gecementeerd zand wordt nagenoeg geen verweking in het korrelskelet veroorzaakt.
Dit gedrag van de bodem treedt niet of slechts in beperkte mate op in geval van zeer dichte zandpakketten of zeer goed doorlatende grove zand- en grindlagen. Ook in cohesieve gronden en gecementeerd zand wordt nagenoeg geen verweking in het korrelskelet veroorzaakt.
De indringingssnelheid van een paal in de grond is eveneens van belang voor de opbouw van wateroverspanning rondom de schacht. Deze snelheid dient groter te zijn dan circa 1,5 m per minuut om een effectieve verweking te kunnen realiseren en te voorkomen dat de grond verdicht voordat de paal is gepasseerd.
Op basis van het bovenstaande moge het duidelijk zijn dat de heersende grondwaterstand van essentieel belang is voor het trillend (kunnen) inbrengen van de palen. Ook het elastische gedrag van de grondlagen speelt hierbij een rol van betekenis. Sterk elastische klei- en veenlagen hebben namelijk de neiging om mee te trillen met de paal, zodat de penetratie niet of erg moeizaam verloopt. Wanneer vaste, droge en/of sterk elastische lagen moeten worden gepasseerd, moet vaak worden voorzien in aanvullende maatregelen om de wrijvingsweerstand te beperken, zoals onder meer de fluïdatietechniek; zie onder 'Bijzondere maatregelen' verderop in dit gedeelte.
In de funderingstechniek worden trilblokken voor het inbrengen van palen slechts bij specifieke gevallen en paalsystemen toegepast. Hierbij moet in het algemeen worden gedacht aan stalen profielen, zoals buispalen en dragende damwandplanken en dergelijke, eventueel in combinatie met (grout)injectietechnieken. Voor het uittrillen van met name stalen hulpbuizen (bij in de grond gevormde paalsystemen) worden trilblokken in de praktijk wel regelmatig ingezet.
De grootte van de grondweerstand die tijdens het trilproces kan worden overwonnen is vooral afhankelijk van de slagkracht van het trilblok. De slagkracht kan met de volgende formule worden berekend:
F = M (2πf)²
waarin:
F = slagkracht
M = excentrisch moment van het blok, zoals opgegeven door de leverancier
f = frequentie van het blok
Het maximale toerental van de gangbare trilblokken varieert per blok van circa 800 tot circa 3000 tpm (toeren per minuut), dat wil zeggen frequenties van respectievelijk circa 15 en 50 Hz. De zogenaamde hoogfrequente blokken hebben een hogere frequentie dan 30 Hz. Bij de huidige blokken is het toerental veelal goed regelbaar.
Bij het inbrengen en trekken van funderingselementen moet een zekere drempelwaarde van de verplaatsingsamplitude worden overschreden. Om de benodigde vermindering van de weerstand van de bodem te kunnen realiseren moet de amplitude respectievelijk minimaal circa 3 mm bedragen bij zandige grondsoorten en 5 mm bij cohesieve, samenhangende grondsoorten. Men moet er wel op bedacht zijn dat bij een grotere verplaatsingsamplitude weliswaar het inbrengen van de palen wordt versneld, maar dat tegelijkertijd ook een grotere trillingsoverlast kan worden veroorzaakt in de omgeving.
De blokkeuze wordt over het algemeen gebaseerd op lokale ervaring. Er kunnen ook relatief eenvoudige vuistregels worden toegepast, bijvoorbeeld voor:
  • het vergelijken van de effectieve slagkracht en de dynamische grondweerstand
  • de frequentie van het blok, te bepalen op basis van de veerkarakteristiek van de grond en de dynamische massa van het blok en de paal.
De genoemde vuistregels zijn slechts bruikbaar in een aantal specifieke gevallen en vallen buiten het kader van dit handboek. Voor meer informatie wordt onder meer verwezen naar CUR-rapport 166.
Met behulp van computersimulatieprogramma's kan het verloop van het inbrengproces redelijk goed worden benaderd. De betrouwbaarheid van de resultaten van dergelijke analyses blijkt in de praktijk echter nog van wisselende aard.
Drukken
Bij het wegdrukken van palen wordt de grond trillings- en geluidsarm verdrongen. Er kan geen gebruik worden gemaakt van de dynamische effecten die een verlagend effect hebben op de weerstand van de bodem, zoals bij heien en trillen. Dit betekent dat er een grote drukkracht nodig is voor het inbrengen van de palen en er sprake is van een relatief langzaam en dus duur inbrengproces. Het passeren van vaste bodemlagen levert bij deze inbrengwijze zonder aanvullende voorzieningen al snel problemen op. Hoewel de uitvoeringswijze vanuit het oogpunt van milieu ideaal is, vindt het in de praktijk, vanwege voornoemde aspecten, weinig toepassing.
Bij renovatieprojecten worden bij licht belaste palen nog wel min of meer regelmatig gedrukte systemen toegepast. Hierbij worden veelal slanke palen in segmenten op diepte gebracht en wordt de benodigde drukkracht als reactiekracht ontleend aan de bovenliggende constructie.
Voorts is het mogelijk om stalen damwanden of buispalen in te drukken volgens de methode 'Silent Piler' of 'Pile Master', zie A 4280.
Boren
Boorpalen worden gemaakt door middel van het verwijderen van de grond met behulp van een boor, een avegaar of een grijper. Het boorgat wordt in stand gehouden met behulp van een bentonietspoeling als steunvloeistof. Als de gewenste diepte is bereikt, wordt het beton van onderaf aangebracht, waarbij de spoeling wordt verdrongen. Afhankelijk van het toe te passen materieel is een grote diameter en lengte van de paal mogelijk.
Voor nadere gegevens met betrekking tot deze inbrengwijze wordt verwezen naar A 4280, alsmede het onderdeel 'Boorpalen' in deel B van dit handboek.
Pulsen
Bij gepulste palen wordt gebruik gemaakt van een stalen buis. De grond in de buis wordt verwijderd door middel van graven of pulsen, zodat de weerstand van de grond nabij de punt wordt gereduceerd. Het op diepte brengen van de buis geschiedt door een combinatie van pulsen en drukken, heien of trillen.
Er mag niet onder het puntniveau van de buis uit worden gepulst. Ook het creëren van een onderdruk c.q. stromingsdruk in het grondwater nabij de paalpunt door het instellen van een lage waterstand in de buis, als gevolg waarvan uitspoeling van bodemmateriaal plaatsvindt, dient te worden vermeden. Beide methoden bevorderen het inbrengen van de paal, maar kunnen aanzienlijke nadelige effecten hebben op de draagkracht en het vervormingsgedrag van de palen zelf, alsmede op belendende funderingen. In geval van moeilijkheden bij het op diepte krijgen van pulspalen moet dan ook overleg plaatsvinden tussen directie en aannemer.
A 4236 Bijzondere maatregelen
Er kunnen aanvullende maatregelen worden getroffen ter bevordering van het inbrengproces, dan wel ten behoeve van de kwalitatieve verbetering van een paalsysteem. In het navolgende wordt een aantal gangbare maatregelen nader toegelicht.
Bevordering inbrengproces
In verband met de aanwezigheid van vaste bodemlagen of beperking van de hinder voor de omgeving kan in voorkomende gevallen worden overwogen aanvullende maatregelen te treffen om de weerstand van de bodem plaatselijk te beperken.
Hierbij kan worden gedacht aan de volgende technieken:
  1. voorboren
  2. voorheien
  3. spuiten
  4. fluïderen.
Zoals in A 3400 is vermeld, kan het reduceren van de weerstand van de bodem van invloed zijn op de statische en dynamische draagkracht van de palen. Er dient in dit kader de nodige voorzichtigheid in acht te worden genomen met betrekking tot de uitvoeringsdiepte van deze technieken. Toepassing mag alleen geschieden in overleg met de geotechnisch adviseur.
A. Voorboren
Voorboren kan worden uitgevoerd met een avegaar. Hiermee kunnen vaste lagen en puinhoudende lagen worden gepenetreerd. Vaak kan worden volstaan met het loswoelen van de grond ter plaatse van de locatie van de paal. De avegaar wordt dan al tegengesteld draaiend terug getrokken. Een grotere grondontspanning wordt verkregen door de avegaar min of meer 'koud' te trekken, zodat grondtransport naar het maaiveld plaatsvindt. Het voorboren moet zorgvuldig worden verricht om verloop en excentriciteiten van de palen te voorkomen.
In principe mag er niet worden voorgeboord in de zandlagen waaraan een deel van de draagkracht wordt ontleend.
B. Voorheien
Bij de aanwezigheid van puin en obstakels in de bodem kan met behulp van het heien met een stalen profiel een gat in de bodem worden geforceerd.
Ook bij deze techniek moet men bedacht zijn op de mogelijkheid van verloop van de paal en excentriciteiten tijdens het inbrengen van de definitieve palen.
C. Spuiten
Spuiten wordt doorgaans op traditionele wijze uitgevoerd met behulp van een spuitlans. Onder betrekkelijk lage druk wordt relatief veel water in de grond gebracht, waarbij de gronddeeltjes worden losgewerkt. Het water stroomt samen met de losgespoelde grond in het gat omhoog, hetgeen de begaanbaarheid van de bouwputbodem niet ten goede komt. Spuiten is vaak moeilijk controleerbaar c.q. beheersbaar en kan de grondstructuur volledig veranderen. Er dient dan ook veel reserve te worden ingebouwd bij het vaststellen van de diepte tot waar mag worden gespoten.
D. Fluïderen
Bij fluïdatietechnieken wordt weinig water onder zeer hoge druk in de grond geperst nabij de paalpunt. Er wordt gebruik gemaakt van een vast aan of in de paal bevestigde waterleiding. Fluïderen is een goed controleerbaar proces, en, anders dan bij spuiten, wordt er in de bouwput nauwelijks wateroverlast veroorzaakt.
Kwalitatieve verbetering van een paal
Hierbij kan enerzijds sprake zijn van een verbetering van de materiaalkwaliteit van de paalschacht, zoals bij combinatiepalen, terwijl anderzijds een verbetering van de grondmechanische paaldraagkracht kan worden beoogd. Voor specifieke uitvoeringswijzen en eigenschappen wordt verwezen naar deel B. Hieronder worden de volgende technieken en maatregelen nader toegelicht:
  1. combinatiepalen
  2. vergroting paalvoet
  3. grouten/injectie
  4. reductie van negatieve kleef.
A. Combinatiepalen
Bij combinatiepalen wordt in de op diepte geheide of geschroefde stalen hulpbuis een geprefabriceerd betonelement afgehangen. Vervolgens wordt de ruimte tussen het element en de buis gevuld met mortel en wordt de buis al trillend of heiend getrokken. Op deze wijze wordt een relatief hoogwaardige betonschacht verkregen en een gunstige grondmechanische draagkracht. Een bijkomend voordeel hiervan is dat er geen risico van paalschade aanwezig is in geval van zwaar heiwerk, vanwege de toepassing van de stalen casing.
B. Vergroting paalvoet
Er zijn verschillende paalsystemen waarbij een grotere draagkracht van de paalpunt kan worden gerealiseerd door middel van een grotere diameter van de paalvoet ten opzichte van de paalschacht. Hierbij kan onderscheid worden gemaakt tussen geprefabriceerde paaltypen die met een vergrote voet op diepte worden gebracht, en in de grond gevormde systemen waarvan de voet op de gewenste diepte door middel van uitheien wordt vergroot.
Bij de eerstgenoemde categorie moet rekening worden gehouden met een mogelijke blijvende perforatie van slecht waterdoorlatende bodemlagen rond de paalschacht na het passeren van de grotere punt. Dit betekent dat er kortsluiting kan ontstaan tussen twee aanvankelijk gescheiden waterregimes. Tevens is er bij deze categorie sprake van een zekere reductie van de mantelwrijving ten opzichte van paalsystemen met een volledig slanke paalschacht.
C. Grouten/injectie
Ten behoeve van een verbetering van de draagkracht en het vervormingsgedrag van een paal kan worden overwogen ter plaatse van de paalschacht en/of de paalpunt een groutinjectie uit te voeren. Hierbij wordt een groutschil rondom en onder de paal gecreëerd die goede aanhechtingsmogelijkheden biedt en het korrelskelet van het funderingszandpakket opspant. Hiertoe worden in de paal speciale leidingen aangebracht. Deze techniek vindt met name toepassing bij in de grond gevormde paalsystemen, zoals bij boorpalen, terwijl ook speciale injectiepalen op de markt zijn gebracht. De mate van opspanning van het korrelskelet is mede afhankelijk van de ingestelde injectiedruk.
D. Maatregelen ter reductie van de negatieve kleef
In gevallen waarbij een hoge waarde van de negatieve kleef is te verwachten kan het lonend zijn maatregelen te treffen om de wrijvingsweerstand tussen de paalschacht en het samendrukbare grondpakket te minimaliseren. Hierbij kan worden gedacht aan een bekleding van de paalschacht over het betreffende traject van de paal (dus niet in de funderingszandlaag), bijvoorbeeld met een kunststof deklaag of asfalt-mastiek. Ook kan rondom de paalschacht een laag bentoniet worden aangebracht.
A 4240 Problemen bij inbrengen van de palen
Inleiding
Bij elk paaltype, elke inbrengwijze en elke bodemgesteldheid kan men worden geconfronteerd met specifieke uitvoeringstechnische problemen. In het navolgende wordt in beknopte vorm een aantal probleemgevallen nader beschouwd, met de mogelijke oorzaken en oplossingen. De volgende gevallen worden onderscheiden:
  • niet of moeilijk op diepte krijgen van de paal
  • onvoldoende weerstand
  • paalbreuk/scheurvorming
  • verlopen van de paal
  • opheien/zwellen bodemlagen
  • overige aspecten bij in de grond gevormde palen.
Een uitgebreide beschrijving van mogelijke problemen bij het inbrengen van palen is gegeven in CUR-Aanbeveling 114.
Niet of moeilijk op diepte krijgen van de paal
Dit probleem kan ontstaan door één van de volgende oorzaken, of een combinatie daarvan:
  • onvoorziene zeer vaste bodemlagen
  • verdichting van zandlagen als gevolg van het heiwerk in groepen
  • onvolkomenheden in de meetresultaten van het vooraf uitgevoerde grondonderzoek of verkeerd uitzetten van de onderzoekspunten
  • obstakels in de bodem
  • te licht inbrengmaterieel
  • niet goed functionerend of verkeerd afgesteld materieel
  • verhoogde korrelspanningen in het zandpakket onder invloed van een verlaging van de grondwaterstand door middel van een bemaling.
De volgende maatregelen kunnen worden overwogen:
  • controle capaciteit en werking inbrengmaterieel
  • eventueel zwaarder of ander blok toepassen
  • controle bodemgesteldheid met behulp van sonderingen teneinde de aard en omvang van plaatselijke afwijkingen te onderkennen; op basis van de controlesonderingen kan mogelijk een hoger paalpuntniveau worden geaccepteerd
  • aanpassing van de heivolgorde in geval van heiverdichting, dat wil zeggen in paalgroepen van binnen naar buiten heien; een andere mogelijkheid biedt het aanbrengen van de palen onder een lichte schoorstand, zodat de hart-op-hart-afstand van de paalpunten wordt vergroot
  • aanvullende voorzieningen, zoals voorboren, voorheien, spuiten of fluïderen, indien dit ontwerptechnisch verantwoord is
  • in extreme gevallen: een ander paalsysteem kiezen of het funderingsontwerp aanpassen.
Onvoldoende weerstand
Het ondervinden van weinig dynamische weerstand bij het inbrengen van de palen leidt vaak tot ongerustheid bij de diverse betrokken partijen. Dit is lang niet altijd terecht.
Gaandeweg zijn de aannemers van heiwerk overgegaan op de toepassing van zwaarder materieel, waardoor de kalenderwaarden in het algemeen structureel lager zijn. Dit is acceptabel, mits de kalenderwaarden interpreteerbaar blijven en een genuanceerd slagdiagram wordt verkregen. Dit betekent dat als richtlijn veelal een minimale kalenderwaarde van 15 slagen per tocht van 0,25 m aan te bevelen is; zie ook A 4270 onder het kopje 'Tijdens fabricageproces'. De zwaarte van het toe te passen heiblok moet hierop worden afgestemd.
Voorts kunnen de volgende onvoorziene factoren een rol spelen:
  • de aanwezigheid van minder vast gepakte zandlagen of een dieper aanvangsniveau van de vaste zandlagen
  • de aanwezigheid van wellen of verstoringen in de bodem, bijvoorbeeld in verband met getrokken oude funderingspalen
  • het optreden van wateroverspanning rondom de paal onder invloed van het dynamische proces van het heien; hierdoor ontstaat een tijdelijke verweking van het korrelskelet van het zand en derhalve een reductie van de wrijvingsweerstand; dit kan zich met name voordoen in fijne en silthoudende zandpakketten
  • aanzienlijke ontgravingen boven de funderingszandlaag, waardoor de oorspronkelijke korrelspanning is gereduceerd
  • de paal is ontworpen als een kleefpaal, dat wil zeggen de puntweerstand is gering ten opzichte van de schachtwrijving
  • paalbreuk.
De volgende maatregelen kunnen worden getroffen:
  • uitvoeren aanvullend grondonderzoek, bestaande uit een of meer controlesonderingen, teneinde afwijkingen in de bodemgesteldheid ten opzichte van het oorspronkelijk verkregen sondeerbeeld te signaleren
  • op basis van de controlesonderingen kan de draagkracht van de palen worden vastgesteld; indien noodzakelijk kan de paal dieper worden geïnstalleerd (geprefabriceerde betonpalen opstorten) of kunnen extra palen worden aangebracht
  • de invloed van eventuele wateroverspanning kan worden gecontroleerd door middel van het naheien van de paal over 1 à 2 tochten van 0,25 m; hierbij dient een 'rustperiode' van circa 12 uur in acht te worden genomen; bij in de grond gevormde palen vindt veelal geen naheien plaats in verband met kosten
  • indien er geen sprake is van wateroverspanning of een afwijkende bodemgesteldheid, moet er lichter inbrengmaterieel worden gehanteerd, zodat een genuanceerd beeld van de heiweerstand c.q. interpreteerbare kalenderwaarden worden verkregen; zie ook A 4270 onder 'Tijdens fabricageproces'
  • bij het vermoeden van paalbreuk moet de paal door middel van akoestisch doormeten worden gecontroleerd
  • bij kleefpalen moet een lage puntweerstand voor lief worden genomen; dit is immers het uitgangspunt geweest voor het ontwerp.
Paalbreuk/scheurvorming
Paalbreuk of scheurvorming van palen kan zich manifesteren in verschillende uitvoeringsfasen, te weten:
  • transport van geprefabriceerde palen
  • opslag
  • hijsen van de palen onder de stelling
  • heiwerk.
Aan paalbeschadiging tijdens het heien kan een aantal oorzaken ten grondslag liggen, zoals:
  • te zwaar en te langdurig heiwerk; zie hierboven onder 'Niet of moeilijk op diepte krijgen van de paal'
  • te grote valhoogte van het blok, zodat er te hoge drukspanningen ontstaan
  • excentriciteiten van het blok ten opzichte van de as van de paal, zowel van belang in de fase waarin een groot deel van de paal zich nog boven maaiveld bevindt als in de laatste heifase
  • geen goede of goed passende mutsvulling
  • verlopen van de paal; zie onder 'Verlopen van de paal' hieronder
  • grote trekspanningen, bijvoorbeeld bij het penetreren van een relatief slappe laag na het passeren van een vaste zandlaag
  • onvoldoende betonkwaliteit (bijvoorbeeld bij een te korte verhardingstijd van een prefab-paal) of onvoldoende wapeningshoeveelheid en/of -lengte
  • afwijkingen in een paal, zoals bijvoorbeeld vergroeiingen in houten palen of grindnesten bij betonpalen.
In het schema van figuur A 42-14 is een overzicht gegeven van de voorkomende schadepatronen bij geprefabriceerde betonpalen, gekoppeld aan de mogelijke oorzaken en te nemen maatregelen.
Figuur A 42-14 ()
Scheurvorming prefab-palen als gevolg van heiwerk
[ link ]
Tevens kan er bij in de grond gevormde paalsystemen schade optreden aan de reeds ingebrachte, verse palen als gevolg van de installatie van naburige palen. In de betreffende beoordelingsrichtlijnen (BRL's) zijn in dit kader uitdrukkelijke richtlijnen geformuleerd. Voorts wordt verwezen naar wat hieronder wordt opgemerkt onder 'Opheien/zwellen bodemlagen' en 'Overige aspecten bij in de grond gevormde palen'.
Het moge duidelijk zijn dat de wapening in een paal moet worden afgestemd op de te verwachten trek- en drukspanningen. Voorts moeten bij de behandeling van geprefabriceerde palen bij transport, opslag en hijsen de door de leverancier aangegeven hijs- en steunpunten in acht worden genomen.
De aard en diepte van eventuele scheurvorming kan in zekere mate worden ingeschat met behulp van het akoestisch doormeten van de palen. De werkwijze en beperkingen van deze meetmethode zijn behandeld in A 4270 onder het kopje 'Na fabricageproces'.
Indien alleen de paalkop is beschadigd, kan deze worden afgehakt en kan de paal vervolgens worden opgestort. Bij dieper gelegen scheurvorming zal de paal in de regel als verloren worden beschouwd. Is er sprake van drukpalen en een beperkte, zuiver horizontale scheurvorming, dan kan de scheur onder invloed van de paalbelasting worden dichtgedrukt en de paal alsnog worden goedgekeurd. Dit dient per geval nader te worden onderzocht.
Verlopen van de paal
Verlopen van een paal kan optreden als gevolg van een aantal oorzaken, zoals:
  • het onzorgvuldig stellen van de paal onder de stelling
  • laagscheidingen in de bodem onder een sterk hellend vlak, waarop de palen als het ware afschampen
  • heiverdichting in paalgroepen, zodat de paal de weg van de minste weerstand kiest, dat wil zeggen naar de buitenzijde van de paalgroep kan verlopen
  • afwijkingen in de bodem, zoals onder meer:
      -obstakels waarop de paal afschampt
      -oude bronnen of wellen, ter plaatse waarvan een uiterst lage korrelspanning kan heersen
      -gaten of zeer los gepakte locaties als gevolg van het trekken van oude funderingspalen en dergelijke.
Bij het verlopen van palen heeft het nagenoeg geen zin om de paal geforceerd in een andere richting te sturen. Dit leidt veelal tot hoge materiaalspanningen en een verhoogd risico op paalschade. Dit betekent dan wel dat aanpassingen in de funderingsconstructie moeten worden voorzien in de vorm van vergroting van de funderingsbalk of -poer, koppelbalken of zelfs extra palen, een en ander afhankelijk van de mate van de plaatsafwijkingen.
Bij het verlopen van een paal in verband met heiverdichting kan worden overwogen de afstand tussen de paalpunten te vergroten door middel van schoor heien. In geval van de aanwezigheid van obstakels kan worden voorgeboord of voorgeheid om het risico van paalverloop te minimaliseren.
Opheien/zwellen bodemlagen
Het maaiveld en het onderliggende grondpakket kunnen een rijzing ondergaan onder invloed van enerzijds opheien en anderzijds zwel van cohesieve bodemlagen in verband met uitgevoerde ontgravingen.
Bij opheien ondergaat het maaiveld rondom een reeds geheide paal een opwaartse verplaatsing bij het heiwerk van een of meerdere belendende palen. Dit fenomeen kan zich met name manifesteren bij de aanwezigheid van cohesieve (klei)lagen boven het funderingszandpakket onder invloed van de grondverdringing. De mate van rijzing van de bodemlagen is vanzelfsprekend afhankelijk van de grootte van het door de paal verdrongen volume grond.
Ontgraving veroorzaakt een zekere ontlasting van de dieper gelegen bodemlagen, zodat onder invloed van het elastische gedrag van de bodemlagen een zwelling kan ontstaan.
Bij de genoemde mechanismen wordt het grondpakket boven de cohesieve laag omhoog gedrukt, waarbij schuifspanningen worden afgegeven aan de paalschacht. Dit resulteert in een trekkracht in de paal (zie A 3450), met als mogelijk gevolg:
  • een nagenoeg horizontale scheur bij overschrijding van de maximaal opneembare trekspanning; in de praktijk ontstaat de scheurvorming vaak precies onder een kopwapeningsnet
  • het volledig omhoog bewegen van de paal bij aanwezigheid van voldoende wapening, waarbij de paal onbeschadigd blijft.
De opwaartse belasting heeft geen gevolgen indien de wapening voldoet en het deel van de paal in de funderingszandlaag voldoende verankeringscapaciteit biedt, dat wil zeggen voldoende schachtwrijvingsweerstand. Bij de mogelijkheid van rijzing van de bodemlagen moet de wapeningshoeveelheid en lengte hierop worden afgestemd.
Door de heivolgorde in een paalgroep aan te passen kan het risico van opheien worden beperkt. Palen die een rijzing hebben ondergaan moeten zo mogelijk worden nageheid of nagedrukt c.q. 'aangezet' om grote vervormingen tijdens de bouwfase te voorkomen.
Overige aspecten bij in de grond gevormde palen
Bij in de grond gevormde palen kunnen zich tijdens het fabricageproces specifieke problemen voordoen waardoor de paalschacht afwijkingen vertoont, zoals:
  • insnoeringen
  • uitstulpingen c.q. extreem betonverbruik
  • delen met slechte betonkwaliteit
  • beschadiging van reeds ingebrachte palen.
Een insnoering of verjonging in een paal kan worden veroorzaakt door een discontinuïteit in de betontoevoer of -druk of door te snel trekken van de hulpbuis of avegaar. In specifieke gevallen kan het voorkomen dat, als gevolg van het elastisch terugveren van bijzondere klei- en leemlagen na het trekken van de hulpbuis of avegaar, het aanvankelijk aanwezige beton wordt verdrongen en er een reductie van de paaldoorsnede ontstaat.
Een andere oorzaak voor het optreden van een verjonging kan liggen in het wegpersen van slappe klei- en veenlagen onder invloed van het gewicht van de verse betonschacht. Indien dit proces doorgaat na het maken van de paal en er geen nazakking optreedt, bijvoorbeeld vanwege opstijving van het beton van hogere paaldelen, kan er boven de slappe laag een tekort aan beton ontstaan.
Theoretisch is een substantiële insnoering met behulp van akoestisch doormeten te onderkennen (zie A 4270 onder het kopje 'Na fabricageproces'). Indien de insnoering zich in de paalkop manifesteert, kan de paal worden vrijgegraven en geïnspecteerd. Zo nodig kan de paalkop dan worden afgekapt tot onder de insnoering en opnieuw worden opgestort.
Extreem betonverbruik kan zich voordoen in slappe lagen met slechts een geringe korrelspanning c.q. steundruk. Doordat de steundruk die door de betreffende bodemlagen wordt geboden te gering is, wordt over dit traject van de paal een grotere diameter geformeerd, terwijl in extreme gevallen de paalschacht niet of nauwelijks tot aan het maaiveld kan worden opgebouwd of nog enige tijd zal nazakken. Dit betekent dat voor een aantal gebieden in Nederland geldt dat bepaalde in de grond gevormde paalsystemen niet zonder meer kunnen worden toegepast. Eventueel kan worden overwogen om dan licht-beton toe te passen, bijvoorbeeld lytag-beton. Bij een vergroting van de paaldiameter moet rekening worden gehouden met een grotere waarde van de negatieve kleef.
Overige problemen waar men bij in de grond gevormde palen alert op dient te zijn:
  • het met de hulpbuis of avegaar gedeeltelijk mee omhoog komen van de voetplaat of deksel, hetgeen verlies aan paalpuntweerstand tot gevolg heeft
  • het niet waterdicht zijn van de aansluiting tussen voetplaat en hulpbuis of het voortijdig lossen van de voetplaat, waardoor water in de buis kan dringen; in dat geval is er sprake van een zogenaamde 'waterpaal'; wordt de buis in deze situatie toch met beton gevuld, dan zal de paalpunt een onregelmatige vorm van inferieure kwaliteit vertonen
  • silowerking, dat wil zeggen dat er onvoldoende doorstroming van de betonspecie in de stalen buis kan plaatsvinden, zodat het onderste deel van de paal niet volledig kan worden gevormd; dit fenomeen kan met name optreden bij buizen met een kleine diameter en een relatief lange wapeningskorf, zie A 3455 onder 'Betonnen palen'
  • perforatie van waterafsluitende bodemlagen; bij palen met een relatief grote puntmiddellijn ten opzichte van de schacht kan tijdens de perforatie van een waterremmende bodemlaag een kortsluiting tussen twee waterregimes ontstaan, waardoor welvorming en aantasting van de verse paalschacht kan worden veroorzaakt; dit fenomeen kan optreden als er zich grote verschillen voordoen in de drukhoogte van het grondwater in twee door de waterremmende bodemlaag gescheiden zandpakketten, bijvoorbeeld bij de uitvoering van palen vanuit een diepe bouwput.
Bij het maken van een paal kan de verse betonschacht van een naburige paal nadelig worden beïnvloed. Bij het inbrengen van een buis of avegaar naast een verse paal moet dan ook rekening worden gehouden met de hart-op-hart-afstand tot deze paal. Deze afstand dient bij grondverdringende palen ten minste vier maal de diameter D van de paalvoet te bedragen. Bij een kleinere hart-op-hart-afstand moet volgens norm NVN 6724 een tussenperiode van één dag in acht worden genomen. In de betreffende beoordelingsrichtlijnen wordt hiervoor een periode van 20 uur aangehouden. In NEN-EN 12699 art. 8.5.1.4 en 8.5.1.5 wordt, bij ontbreken van ervaringsgegevens, een hart-op-hart-afstand van ten minste 6D voorgeschreven. Bij slecht draagkrachtige grond (cu < 50 KPa) kan deze maat zelfs oplopen tot 10D.
Voor niet-grondverdringende avegaarpalen is volgens norm NVN 6724 een hart-op-hart-afstand van vier maal de middellijn van de paal vereist met een minimum van 2,0 m. Bij een kleinere afstand moet hier een tussenperiode van ten minste 4 uur worden aangehouden. Onder normale omstandigheden geldt voor deze paalsystemen namelijk dat de specie 4 uur na het inbrengen in de grond voldoende is opgestijfd. Wanneer een vertrager wordt toegepast, moet genoemde periode echter evenredig worden verlengd.
[ link ]
Uitvoerbaarheid als belangrijk onderdeel van een ontwerp
In de praktijk blijkt de uitvoerbaarheid van het aanbrengen van paalfunderingen en andere soorten funderingselementen tegen te vallen. Zo komt het bijvoorbeeld voor dat palen niet op diepte komen, casings niet getrokken kunnen worden, of paalbreuk ontstaat. De gevolgen voor het verdere bouwproces zijn niet te overzien en de faalkosten lopen in het begin van het project al op. Bovendien blijkt het dan moeilijk om aan de planning te voldoen en het imago van de aannemer/bouwbranche wordt daar niet beter van. De oorzaak is vaak te vinden in een combinatie van de berekende lengte van het funderingselement, de eigenschappen van het gekozen element, de gebruikte inbrengapparatuur en de ondergrond. Ook de vakbekwaamheid/ervaring van de praktijkmensen en meer theoretisch gerichte ontwerpers/ingenieurs speelt hierin een grote rol. De ontwerper is immers geen praktijkman en vice versa. Uit berekeningen kan naar voren komen dat een ontwerp voldoet aan de eisen voor draagvermogen en stabiliteit. Daarbij wordt vaak niet gekeken naar de uitvoerbaarheid van het ontwerp.
Hier zit nu juist de discrepantie tussen praktijk en theorie. Deze discrepantie is te verkleinen door de ervaringen uit de praktijk bij de ontwerper te brengen en een voorspelling op basis van deze ervaringen te maken voor de uitvoerbaarheid van het werk.
GeoBrain Funderingstechniek
Door het Platform Funderingstechnieken (bestaande uit zes aannemers, ingenieursbureau M.U.C. en Deltares) is het initiatief genomen om de uitvoerbaarheid van funderingswerken te verbeteren. Door de jaren heen is gebleken dat dit niet alleen met een verbetering van de werkmethode kan worden bewerkstelligd, maar dat tevens een meer geavanceerde aanpak nodig is. Uit eerder onderzoek bleek dat met een terugkoppeling van praktijkervaringen naar ontwerpers en theoretici een doorbraak mogelijk is; de discrepantie tussen theorie en praktijk zou zo kunnen worden opgevangen. Minder faalkosten in de funderingsbranche door een betere beheersing van het uitvoeringsproces. Dat is het streven bij GeoBrain Funderingstechniek.
Daarvoor worden kennis en ervaring van de uitvoerende partijen op een overzichtelijke wijze online gepresenteerd aan ontwerpers, opdrachtgevers, verzekeraars en vergunningverleners. Met GeoBrain Funderingstechniek kan al in een vroegtijdig stadium van een project rekening worden gehouden met de uitvoerbaarheid, zodat het proces op de juiste wijze in gang gezet wordt en maatregelen tijdig getroffen kunnen worden.
Advies voor uitvoering
GeoBrain Funderingstechniek wil de gebruiker van dienst zijn met een continu groeiende verzameling van uitvoeringsgegevens en -ervaringen op het gebied van damwanden, prefab en vibropalen. Een compleet overzicht dat toegankelijk is via internet. Daarnaast kunnen de GeoBrain voorspellingsmodellen worden geraadpleegd die gebaseerd zijn op expertkennis en de ervaringen uit de database. De uitvoerbaarheid van een funderingswerk kan op deze manier online worden voorspeld.
Online antwoord op funderingsvragen
GeoBrain Funderingstechniek heeft het antwoord paraat op vele vragen op het gebied van funderingstechniek. Is het gekozen geotechnisch ontwerp praktisch uitvoerbaar? Kan een bepaalde damwand schadevrij worden geïnstalleerd? Welk heiblok is geschikt voor het installeren van de gekozen paal?
Ervaringsdatabase
In de database die te vinden is op [ link ] staan praktijkgegevens over:
  • het bouwproject (locatie, type constructie, aantal palen, etc.)
  • geotechniek (de grondopbouw, waterstanden, aanwezigheid obstakels, etc.)
  • paaltype (diameter, betonkwaliteit, voorspanning, etc.)
  • installatiemethode (type heiblok, type funderingsmachine, spuiten/fluïderen, ervaring ploeg, etc.)
  • omgevingsinvloeden (aanwezigheid belendingen, evt. schade aan belendingen, gemeten trillingsniveau's, opgetreden zakkingen, etc.)
  • de ongewenste gebeurtenissen als gevolg van het plaatsen van de palen (dagen vertraging, niet op diepte komen, schade aan de paal, paalbreuk, insnoering, etc.)
  • de mogelijke oorzaken.
[ link ]
Gebruikers kunnen de praktijkgegevens zoeken via twee hoofdingangen, waarna de zoekactie kan worden verfijnd:
  • Locatie: zoeken kan per streek of met een kaart.
  • Grondopbouw: door een sondering in gef-formaat te uploaden, wordt in de database gezocht naar projecten met een soortgelijke grondopbouw. Indien (nog) geen sondering beschikbaar is, kan ook een laagindeling (grondslag) worden opgegeven, waarna vervolgens met die laagindeling wordt gezocht naar ervaringen met een soortgelijke laagindeling.
  • Verfijning: nadat is gezocht op locatie of grondopbouw wordt een overzicht verkregen van de gevonden projecten. Nu kan verder worden gezocht op diameter paal, lengte paal, gebruikt materieel en op de ongewenste gebeurtenissen die zijn opgetreden.
Voorspellingsmodellen
Naast het zoeken naar ervaringen van reeds uitgevoerde projecten kan er ook een voorspelling worden gemaakt. Op basis van een sondering, een type paal, lengte, betonkwaliteit en een type blok kan een risicoprofiel worden samengesteld, waaronder bijvoorbeeld de kans dat een paal niet op diepte komt.
[ link ]
Inpassing in ontwerpsoftware
De praktijkgegevens zijn beschikbaar via ontwerpsoftware zoals Msheet en komen beschikbaar via MFoundation. Ontwerpers die met deze software berekeningen uitvoeren, kunnen direct zien of hun berekening overeenkomt met de praktijk. Hierbij worden de relevante ontwerpwaarden (zoals locatie, grondopbouw, weerstandsmoment en lengte van de damwand) gebruikt als zoekcriteria. Het met MSheet gemaakte ontwerp wordt dan op praktische uitvoerbaarheid getoetst aan bestaande praktijkgegevens.
Concluderend
Door te zoeken in oude ervaringen en voorspellingen te maken die specifiek ingaan op de omstandigheden van het onderhavige project wordt een totaal beeld verkregen van de mogelijke uitvoeringsrisico's die kunnen spelen bij de ontworpen damwand. Bij een nieuw project kan op deze manier snel een indruk worden verkregen van de uitvoerbaarheid van de ontworpen damwand en kunnen al in het ontwerpstadium maatregelen worden genomen om de uitvoeringsrisico's te minimaliseren.
Geobrain
Duizend specialisten weten meer dan één. Het is deze gedachte die ten grondslag ligt aan GeoBrain, een platform waar professionals elkaar helpen om het vak geo-engineering op een steeds hoger niveau te beoefenen. GeoBrain biedt niet alleen toegang tot vele kennisbronnen, maar nodigt de gebruiker ook uit om visies en ervaringen te delen met collega's. Zo wordt een levendige leer- en werkomgeving gecreëerd die inzicht biedt in alle facetten van de geo-engineering. GeoBrain is een innovatie die zich uitstrekt van fundamenteel onderzoek tot kant-en-klare producten. Kennis is waar het allemaal om draait bij GeoBrain. Metingen en analyses, maar ook de 'zachte' kennis die aanwezig is in hoofden van experts bij aannemers, ingenieursbureaus en instituten. Het is allemaal geordend in een unieke, interactieve verzameling waar praktijk en theorie elkaar ontmoeten. Kennis waar niemand bij kan, is geen kennis. GeoBrain maakt daarom gebruik van nieuwe ICT-ontwikkelingen om alle knowhow maximaal toegankelijk te maken. Een web-database over de toepassing van boortechnieken is hiervan een goed voorbeeld.
Wat leveren al die inzichten, aangedragen door kennisleveranciers, op voor de gebruiker? Belangrijke voordelen van GeoBrain zijn optimale beslissingsondersteuning en risicobeheersing in de geo-engineering. Concreter gezegd, een reductie van faalkosten bij projecten. Met de GeoBrain modules kan ook een uitstekende leeromgeving worden gecreëerd voor technische professionals en studenten. Laagdrempelige kennis vergaren of effectief trainen met behulp van bijvoorbeeld virtual reality. In GeoBrain komt alles samen. GeoBrain is er voor de gebruiker en door de gebruiker. Een gezamenlijk project van iedereen die betrokken is bij geo-engineering. Van iedere specialist die informatie zoekt of kennis toevoegt. Het is het collectieve, zelflerende brein van de geo-engineering.
Ga voor meer informatie over GeoBrain Funderingstechniek naar de website [ link ] .
A 4250 Trillingen
Bij funderingswerken kunnen trillingen in de grond worden geïntroduceerd, zoals onder meer het geval is bij:
  • het vallen van voorwerpen op het maaiveld
  • het manoeuvreren van materieel
  • het intrillen en inheien van palen.
De laatstgenoemde trillingsoorzaak levert in het algemeen de meeste problemen op.
Er ontstaat bij het inbrengen van een paal een pulsvormige beweging van de grond rondom de punt en de schacht, te schematiseren tot een sinusvormige spanningsgolf. Voor de duidelijkheid is in figuur A 42-15 een aantal basisbegrippen gegeven met betrekking tot de trillingstheorie. Als belangrijkste parameters kunnen worden genoemd:
  • amplitude van de verplaatsing, snelheid en versnelling
  • gemiddelde waarde, effectieve waarde en topwaarde van de amplitude
  • frequentie f.
Figuur A 42-15
Basisbegrippen trillingen
[ link ]
[ link ]
Vanaf de bron verbreidt de trilling zich driedimensionaal, waarbij in principe drie soorten golven zijn te onderscheiden, te weten:
  • de compressiegolf: de bewegingsrichting van de gronddeeltjes is evenwijdig aan de voortplantingsrichting van de golf. Het golffront is half-bolvormig.
  • de schuifspanningsgolf: de bewegingsrichting van de gronddeeltjes staat loodrecht op de voortplantingsrichting van de golf. Het golffront is halfbolvormig.
  • de oppervlaktegolf of Rayleighgolf: deze golf heeft zowel een horizontale als een verticale bewegingscomponent van de gronddeeltjes. Het golffront is cilindervormig.
In figuur A 42-16 is het principe van de vermelde golven weergegeven.
In het algemeen veroorzaakt de Rayleighgolf bij het inbrengen van palen de meeste hinder, omdat dit golftype de grootste amplitude heeft, de meeste trillingsenergie bezit en de kleinste reductie van de amplitude vertoont op een afstand van de trillingsbron. Rayleighgolven hebben aan het maaiveld de grootste amplitude, zoals te zien is in figuur A 42-17.
Figuur A 42-16
Principe compressie-, schuifspannings- en Rayleighgolf (bron: CUR 166)
[ link ]
De voortplantingssnelheid van het cilindervormige golffront kan met de volgende formule worden benaderd:
v = √[E / (2ρ(1 + υ))]
ofwel:
v = √(G / ρ)
waarin:
v = voortplantingssnelheid Rayleighgolf [m/s]
E = elasticiteitsmodulus grond [N/m²]
ρ = dichtheid grond [kg/m³]
υ = dwarscontractiecoëfficiënt grond [-]
G = glijdingsmodulus grond [N/m²]
Figuur A 42-17
Amplitude Rayleigh-golf in relatie tot de diepte (bron: CUR 166)
[ link ]
In figuur A 42-18 is per grondsoort een indicatie gegeven van de te verwachten voortplantingssnelheid.
Figuur A 42-18
Indicatie loopsnelheid trillingsgolf per grondsoort
Grondsoort Loopsnelheid [m/s]
zand 100 à 200
veen 50 à 100
klei 75 à 125
De lengte van de golf is afhankelijk van de genoemde voortplantingssnelheid en de periode van de slag. Bij heiwerk bedraagt de heislag circa 0,05 seconde. Dit betekent dat de golflengte in de regel varieert van 10 tot 20 m.
De frequentie van heitrillingen in de grond bedraagt normaliter 15 à 25 Hz, terwijl bij intrillen van palen hogere frequenties mogelijk zijn, een en ander mede afhankelijk van het toerental van het blok als trillingsbron.
De grootte van de amplitude van de gronddeeltjes wordt bepaald door:
  • de grootte van de amplitude bij de trillingsbron
  • de demping die de trilling ondergaat over de afstand van de bron tot aan de beschouwde locatie, de zogenaamde geometrische demping; hierbij wordt opgemerkt dat een stijve (uitgedroogde) bovenlaag veelal weinig demping biedt, zodat trillingen zich in een dergelijke laag relatief ver kunnen uitstrekken
  • de aard van de grond (de grondsoort en de mogelijkheid van afstromen van spanningswater in de poriën in het korrelskelet), de zogenaamde materiaaldemping
  • in beperkte mate door de frequentie en de voortplantingssnelheid.
Met de volgende, vereenvoudigde formule kan de demping van de golven worden omschreven voor een homogeen grondpakket:
[ link ]
waarin:
A
r
 = amplitude op een afstand r van de bron
A
0
 = amplitude op een afstand r
0
van de bron
α = absorptie- c.q. dempingscoëfficiënt, afhankelijk van de grondsoort
In figuur A 42-19 is voor een aantal grondsoorten een richtwaarde gegeven voor de absorptiecoëfficiënt. Voor de Nederlandse grondslag blijkt een gemiddelde α-waarde van circa 0,04 goed te voldoen.
Over het algemeen is er echter geen sprake van een homogeen en isotroop grondpakket, zodat ook breking en reflectie van golven een rol spelen bij de grootte van de trillingsamplitude. Dit effect is nader verduidelijkt in figuur A 42-20.
Mede gezien het feit dat zuiver harmonische trillingen slechts in theorie op zullen treden, moet dan ook worden vastgesteld dat de uiteindelijk te verwachten amplitude nooit met zekerheid te voorspellen is. In geval van mogelijk kritieke trillingen voor constructies, personen en/of apparatuur moet dan ook zekerheidshalve worden overwogen trillingsmetingen uit te voeren. Bij trillingsmetingen worden in de regel zeer gevoelige piëzo-elektrische versnellingsopnemers aan de gevel of in het gebouw bevestigd. Via een versterker wordt het signaal dan naar de registratie-apparatuur getransporteerd. Voor een uitgebreide uiteenzetting van trillingsmetingen wordt verwezen naar de betreffende SBR 'Meet en Beoordelingsrichtlijnen' (zie ook A 4320).
Figuur A 42-19
Absorptiecoëfficiënt α
Grondsoort Absorptiecoëfficiënt [m
-1
]
verzadigd fijn geel zand 0,10
bevroren, verzadigd fijn geel zand 0,06
verzadigd grijs zand met veenlagen en organisch slib 0,04
kleihoudend zand, plaatselijk sterk kleihoudend 0,04
zand- en slibhoudende klei, boven grondwater 0,04
verzadigde zware bruine klei met wat zand en slib 0,04 à 0,12
mergel/kalk 0,10
löss en lössachtige grond 0,10
Figuur A 42-20
Breking en reflectie van trillingsgolven
[ link ]
In figuur A 42-21 zijn voor een aantal praktijkgevallen de resultaten van trillingsmetingen bij heiwerk samengevat, waarmee inzicht wordt verkregen in de relatie tussen de trillingsamplitude en de afstand tot de heistelling. Voorts is in figuur A 42-22 de bovengrens aangegeven voor de bewegingen van de bodem en objecten op de bodem.
Figuur A 42-21
Resultaten trillingsmetingen bij heiwerk
[ link ]

Figuur A 42-22Bovengrens amplituden van grond en objecten op de grond

[ link ]
De spanningsgolven zullen via de fundering worden overgedragen naar de gebouwen, die als een massa-veersysteem kunnen worden beschouwd. Bij slappe en ten opzichte van de golflengte kleine gebouwen zullen de opgelegde vervormingen en frequenties grotendeels worden gevolgd, terwijl stijve en grotere constructies meer weerstand bieden tegen de verplaatsingsamplituden, zodat de opgelegde vervorming ruimtelijk zal worden uitgemiddeld.
De bewegingen van hogere bouwdelen kunnen worden vergroot door de rotatie van de fundering onder invloed van de golfbeweging. Op palen gefundeerde panden zijn in verticale richting relatief stijf, zodat de horizontale trillingscomponent overheerst. Bij op staal gefundeerde gebouwen is de verticale verplaatsingsamplitude bij heiwerk veelal iets groter dan de horizontale waarde.
Bij het aanstoten van een gebouw of een onderdeel in een bepaalde frequentie kan de eigen frequentie worden benaderd. In dat geval treedt er resonantie op en worden de trillingen versterkt. Ook in het gebouw zelf is er sprake van een demping van de trillingen, zoals bij inklemmingen en opleggingen, waarbij de trillingsenergie naar andere bouwdelen wegvloeit. In het algemeen zijn in het midden van balken en hoge, ongesteunde wanden de grootste trillingsamplituden te verwachten.
De trillingen veroorzaken extra materiaalspanningen in een constructie. Met behulp van de volgende, vereenvoudigde formule kan inzicht worden verkregen in de grootte van de spanningen:
σ = β v √(Eρ)
waarin:
σ = spanning als gevolg van een trilling [N/m²]
β = factor, afhankelijk van de aard van de constructie en van de opleggingsvoorwaarden; veelal 2,0 à 2,5
v = bewegingssnelheid materiaaldeeltjes [m/s]
E = elasticiteitsmodulus constructiemateriaal [N/m²]
ρ = dichtheid materiaal [kg/m³]
Een beoordeling van de trillingen in relatie tot het risico van schade voor gebouwen en apparatuur alsmede hinder voor personen is nader behandeld in A 4300.
Trillingshinder als gevolg van het inbrengen van palen kan in zekere mate worden beperkt. Hierbij kan worden gedacht aan de volgende maatregelen:
  • toepassen van palen met een kleinere middellijn; hierbij moet het groeps- c.q. verdichtingseffect worden vermeden
  • beperken van de indringingsweerstand door middel van voorboren, voorspuiten en dergelijke
  • beperken van de periode van inbrengen door zwaarder materieel in te zetten; dit is vaak effectiever dan gedurende langere periode licht materieel toe te passen
  • van de belendingen af te werken, zodat als het ware een reflectiescherm voor de trillingen wordt gecreëerd
  • het paalsysteem en/of de funderingswijze aanpassen.
A 4260 Geluid
Het inbrengen van palen brengt altijd een zekere mate van geluidsproductie met zich mee, een en ander afhankelijk van het gekozen paalsysteem.
Onder geluid wordt verstaan de door de oren opgenomen luchttrillingen c.q. luchtdrukwisselingen, die in de hersenen worden omgezet in een gewaarwording. De frequentie van trillingen bepaalt de toonhoogte. Bij mensen ligt het waarneembare frequentiegebied tussen circa 20 en 18.000 Hz. Voor de lagere frequenties is het menselijke gehoor minder gevoelig. Hiervoor is als het ware een natuurlijk filter ingebouwd. Het zwakste geluid dat kan worden gehoord bedraagt gemiddeld circa 2 × 10-5 N/m², terwijl de pijndrempel op een geluidsdruk van circa 200 N/m² ligt.
Het geluidsdrukniveau wordt uitgedrukt in een logaritmische eenheid, de decibel (dB). Geluidsdrukmeters worden voorzien van een genormaliseerd filter, een zogenaamd A-filter, waarmee de geluidsdruk bij de lage frequenties wordt afgezwakt, overeenkomstig het menselijke gehoor. Het aldus gemeten drukniveau wordt dan gegeven in dB(A).
Het geluidsdrukniveau wordt als volgt gedefinieerd:
LpA = 10·log(p²/p0²)
waarin:
L
pA
 = geluidsdrukniveau
p = geluidsdruk [N/m²]
p
0
 = referentiewaarde voor de geluidsdruk = 2 × 10
-5
N/m²
Door de fabrikanten en leveranciers wordt vaak de geluidsemissie, oftewel het geluidsvermogenniveau, vermeld in de specificaties van hun materieel. Dit is als volgt gedefinieerd:
Lw = 10·log(w/w0)
waarin:
L
w
 = geluidsvermogenniveau
w = geluidsvermogen [W]
w
0
 = referentiewaarde voor het geluidsvermogen = 10
-12
W
Om een indruk te krijgen van de hoogte van geluidsniveaus is in figuur A 42-23 een waarde gegeven voor een aantal soorten geluid. Het bepalen van een geluidsniveau dat als hinderlijk wordt ervaren is een subjectieve zaak en afhankelijk van de omstandigheden. Zo ondervindt iemand die op de kermis loopt vaak geen geluidhinder en de omwonenden wel.
Figuur A 42-23
Overzicht geluidsniveaus diverse soorten geluid
[ link ]
In A 4300 wordt nader ingegaan op de beoordeling van geluid voor wat betreft hinder voor de omgeving.
Het geluidsniveau dat door een bepaalde bron in de omgeving wordt veroorzaakt is met name afhankelijk van de volgende factoren:
  • de geluidsemissie bij de bron
  • het frequentiespectrum
  • de demping in de omgeving
  • de eventuele reflecties in de omgeving
  • de afstand van het beschouwde punt tot de bron.
Voor een voorbeeld van de berekening van het te verwachten geluidsniveau wordt verwezen naar CUR-rapport 166 (lit. 22).
Behalve een heislag, een explosie (dieselblokken) of de uitlaat van gassen kan ook het aandrijfmechanisme van de heistelling of de kraan, een aggregaat of de stelling zelf als geluidsbron fungeren. De geluidsproductie is van een veelheid van factoren afhankelijk, zoals onder meer:
  • type en materiaal van de paal
  • afmetingen van de paal
  • type heiblok
  • bodemgegevens
  • voorzieningen aan het materieel.
In de volgende tabel zijn de geluidsniveaus weergegeven, gemeten bij een aantal verschillende funderingstechnieken. Voor de arbeidsomstandigheden zijn vooral de geluidsniveaus van belang in de directe omgeving van de werknemers. In de tabel zijn de geluidsniveaus van de heibaas en van de machinist weergegeven. Het zijn gemiddelde niveaus over een werkdag, dus inclusief rustige perioden waarin er weinig lawaai is.
Het geluidsniveau van de machinist ligt meestal lager dan het niveau waaraan de heibaas wordt blootgesteld, door de grotere afstand tot de geluidsbron. Ook kan de machinist een belangrijk deel van het geluid buiten houden door in een gesloten cabine te werken. Dat geldt overigens alleen voor geluidgedempte kranen. Oude kranen maken vaak veel lawaai waardoor het geluidsniveau van de machinist alleen door de bijdrage van de kraan al boven de grenswaarde van 85dB(A) komt.
Voor de milieugrenswaarde is vooral het geluidsniveau op vijftien meter afstand (meestal gemeten op vijf meter hoogte) van belang. Hoe hoger het geluidsniveau, hoe groter de afstand tot waar de milieugrenswaarde wordt overschreden. In de tabel is deze afstand vermeld. Die afstand is meestal niet door geluidsmetingen bepaald, maar door berekening. Vaak daalt het geluidsniveau met 6dB(A) bij verdubbeling van de afstand. Dat geldt echter niet altijd. Door reflectie tegen gebouwen of andere invloeden kan die afname geringer zijn.
Figuur A 42-24
Geluidsniveaus bij verschillende funderingstechnieken
Funderingstechniek Geluidsniveau [dB(A)] Afstand waar norm
wordt bereikt [m]
heibaas machinist 15 meter
technieken zonder geluiddemping
- hydraulisch/diesel/perslucht
102-107 90-100 95-100 300-500
- valblok
90-100 85-95 85-95 100-300
- trillen
97-107 85-95 90-100 150-500
technieken met geluiddemping
- hydraulisch blok - gedempt (+ balg bij vibro)
88-93 80-90 78-85 30-100
- dieselblok met 'Rotterdamse mantel'
- - 90-98 150-400
geluidarme funderingstechnieken
- schroeven, boren, hydraulisch drukken (ongedempt materiaal)
80-90 80-90 65-85 30-100
- schroeven, boren, hydraulisch drukken (gedempt materiaal)
≤ 80 ≤ 80 ≤ 80 ≤ 30
Uit de tabel blijkt dat bij veelgebruikte funderingstechnieken - zoals heien met een hydraulisch blok en een dieselblok of bij het werken met een trilblok - de geluidsniveaus op de werkplek hoog zijn. De grenswaarde voor het milieu kan tot op grote afstand (500 meter of soms meer) van de installatie worden overschreden.
Bij heiblokken moet worden gerekend op een maximale geluidsemissie van 110 à 130 dB(A). In figuur A 42-25 is voor heiwerk met een dieselblok een indicatie gegeven van de afname van het geluidsniveau als functie van de afstand tot de geluidsbron. Hierbij wordt uitgegaan van het zogenaamde equivalente geluidsniveau, dat wil zeggen de gemiddelde effectieve waarde die gedurende de waarnemingsperiode wordt gemeten. In de regel ligt deze waarde circa 10 dB(A) lager dan het tijdelijk optredende piekniveau.
Figuur A 42-25
Equivalent geluidsniveau in relatie tot de afstand tot de bron
[ link ]
Het binnen een gebouw optredende heigeluid is mede afhankelijk van de isolatiewaarde van de gevel. In het Bouwbesluit is voor nieuwbouw een minimaal vereiste geluidsisolatiewaarde vastgesteld van 20 dB. In de praktijk kan echter voor een gevel, opgetrokken uit (dubbel) glas en metselwerk, een waarde worden aangehouden van 25 à 30 dB. Voor een gevel zonder glaswerk geldt een geluidsisolatiewaarde van circa 40 dB. Hierbij dienen wel de gevels te worden beschouwd die niet direct een geluidsbelasting ondergaan, omdat deze dan maatgevend kunnen zijn. In dat geval mag een extra isolatiewaarde van 3 dB in rekening worden gebracht in verband met het effect van een haakse hoek.
Het geluid kan worden beperkt met behulp van een aantal maatregelen aan de bron zelf, dan wel in de omgeving. Hiervan kunnen met name worden vermeld:
Beperking aan de bron
  • geluidsisolerende mantel om het blok, waarmee een reductie van maximaal 15 à 25 dB(A) kan worden gerealiseerd; door de noodzakelijke extra handelingen kan het toepassen van een mantel echter wel het heiproces vertragen; de effectiviteit van een geluidsmantel is sterk afhankelijk van het gehanteerde type (materiaal, geslotenheid systeem)
    Behalve geluiddemping zijn er meer mogelijkheden om wat aan het geluidsniveau te doen. Goed onderhoud van de funderingsinstallatie is belangrijk. Loszittende en rammelende onderdelen leveren extra geluid. De machinist kan zijn blootstelling vaak sterk beperken door de cabine zo veel mogelijk gesloten te houden. Voor de heibaas geldt hoe groter de afstand tot de geluidsbron, hoe lager het niveau. Verder moet ook de tijd doorgebracht in de directe omgeving van de geluidsbron, zo veel mogelijk worden beperkt.
    Geluidsmantels zijn nog volop in ontwikkeling. Voor het werk Kombinatie Willemspoortunnel (KWT) is de zogenaamde Rotterdamse mantel ontwikkeld. Deze mantel wordt nog steeds ingezet voor prefab heien met een dieselblok.
    Voor vibro heien met een IHC-hydrohamer is recentelijk een mantel met balg ontwikkeld. De balg schermt de stalen vibrobuis af en veert in naarmate de buis wordt ingeheid. Figuur A 42-26 verduidelijkt dit. Dit systeem kan ook worden toegepast bij het heien van stalen buispalen.
  • reductie van de weerstand van de bodem, bijvoorbeeld door middel van voorboren, zodat de geluidsoverlast bij het passeren van de lagen boven het funderingszandpakket wordt verminderd
  • voorzieningen aan het blok in de vorm van een demping tussen de paal en het blok, aanpassingen aan de aandrijving, uitlaatdempers, luchtaanzuigdempers en dergelijke
  • toepassen van een geluidsarm bloktype of paalsysteem.
[ link ]

Fig 42-26Geluidsmantel voor vibroheien

Beperking in de omgeving
  • afschermende maatregelen door een aangepaste plaatsing van de bouwketen en -loodsen
  • plaatsing van tijdelijke geluidsschermen in specifieke gevallen.
Voor een objectieve beoordeling van het geluidsniveau kan worden overwogen metingen uit te voeren. Deze kunnen geschieden met handzame, relatief eenvoudig te bedienen apparatuur.
A 4270 Controle
Algemeen
Teneinde de kwaliteit van een paalfundering te kunnen beoordelen moeten op gezette tijden controlemaatregelen worden uitgevoerd. Voor een algemene beschouwing van de kwaliteitszorg wordt verwezen naar A 5000. In het navolgende wordt volstaan met het toelichten van enkele specifieke maatregelen voor paalfunderingen.
In figuur A 42-27 is een overzicht gegeven van de controlewerkzaamheden bij de uitvoering van paalfunderingen.
Figuur A 42-27 ()
Overzicht controlewerkzaamheden paalfunderingen
[ link ]
Voor de meeste in de grond gevormde paalsystemen zijn uitgebreide beoordelingsrichtlijnen beschikbaar; deze zijn weergegeven in het KIWA-rapport BRL-K 237/01. Voor de uitvoering van verdringingspalen, zoals houten palen, prefab beton palen en grondverdringende in-de-grond-gevormde palen is norm NEN-EN 12699 van toepassing. Voor de levering van prefab betonpalen is NEN-EN 12794 van toepassing.
Voor fabricageproces
De algemene eisen die aan de materialen en uitvoeringswijze van de fundering worden gesteld, zijn vastgelegd in de betreffende normbladen en beoordelingsrichtlijnen. De specifieke eisen voor een bepaald werk zijn verwoord in het bestek en eventueel in het funderingsrapport.
Op basis van het totale eisenpakket dient vooraf een beoordeling van het werkplan en de eventuele aanvullende berekeningen van de aannemer plaats te vinden. Voorts moet op het werk een inspectie worden uitgevoerd van onder meer:
  • de palen: afmetingen, beschadigingen en dergelijke
  • het toe te passen materieel: type, afmetingen, zwaarte, capaciteit en dergelijke
  • het toe te passen materiaal: certificaten, ouderdom en dergelijke
  • de opslag van materiaal.
Tijdens fabricageproces
Door voorzieningen aan te brengen op het blok en/of de paal is het bij heiwerk mogelijk een aantal parameters te registreren. Enerzijds kan hiermee het heiproces tijdig worden bijgestuurd vanuit de cabine van de stelling, terwijl anderzijds achteraf een objectieve beoordeling van de heiresultaten kan plaatsvinden. De volgende gegevens kunnen theoretisch bij de heiregistratie onder meer worden vastgelegd:
  • kalenderwaarde
  • slagkracht van de heihamer
  • energie-afgifte in de paal
  • slagfrequentie
  • trek- en drukspanningen in de paal
  • elastische en plastische vervormingen van de paal tijdens het heien
  • centriciteit van het slaan
  • effectiviteit van de heimuts (signaal voor vervanging mutsvulling)
  • dynamische grondweerstand bij installatie
  • start- en stoptijden
  • integriteit paal bij installatie.
Hierbij moet worden opgemerkt dat dergelijke registraties in de huidige bouwpraktijk vooralsnog weinig toepassing vinden. Enerzijds is er sprake van kwetsbare apparatuur, die per paaltype technisch nog verder moet worden ontwikkeld, terwijl er anderzijds rekening moet worden gehouden met een kostenverhogend effect. De verwachting is echter wel dat vanwege het repetitieve karakter van de werkzaamheden automatische registraties in de toekomst vaker zullen worden uitgevoerd, mede gelet op de nieuwe kwaliteitsfilosofie waarbij de aannemer achteraf moet aantonen dat de prestaties aan de bestekseisen voldoen.
Controle draagkracht geheide paalsystemen
Kalendering
Bij geheide paalsystemen is het mogelijk een globaal inzicht te krijgen in de draagkracht van een afzonderlijke paal door middel van het registreren en interpreteren van de kalenderwaarde in relatie tot de resultaten van een nabij gemaakte sondering. Deze waarde wordt in de regel gedefinieerd als het aantal heislagen dat is benodigd voor het realiseren van een paalkopzakking van 0,25 m (één tocht). Om een goed beeld te krijgen moet er over minimaal 2,0 m worden gekalenderd (in de BRL's van KIWA geldt hiervoor als richtlijn: acht maal de dwarsafmeting van de paal). In overgangszones van paalpuntniveaus moet een langer traject worden aangehouden, terwijl bij palen ter plaatse van een sondering een volledig slagdiagram moet worden opgenomen.
Met behulp van elektronische apparatuur die aan het heiblok (hydraulische blokken) is verbonden of door middel van instrumentatie van de paal kan het registreren van de kalenderwaarde worden geautomatiseerd. De gegevens kunnen dan worden afgelezen, uitgeprint en op schijf opgeslagen in de cabine van de stelling.
De kalenderwaarde wordt beïnvloed door een groot aantal factoren, zoals onder meer de afmetingen van de paal, de dynamische heiweerstand van de diverse bodemlagen, alsmede het type, de capaciteit en het rendement van het toe te passen heiblok. De interpretatie van de kalendering dient dan ook altijd te geschieden op basis van het verkregen slagdiagram van een paal bij een nabijgelegen sondeerlocatie. De kalenderwaarden worden dan als het ware geijkt op de sondeerweerstand.
In figuur A 42-28 is een voorbeeld gegeven van een volledig slagdiagram.
Figuur A 42-28
Voorbeeld slagdiagram in sondeergrafiek
[ link ]
Een lage kalenderwaarde impliceert zeker niet altijd dat er sprake is van een lage paaldraagkracht. Een zwaar heiblok of het optreden van wateroverspanning kan hierbij een belangrijke rol spelen. In A 4240 is hier onder het kopje 'Onvoldoende weerstand' nader op ingegaan.
Vanwege de heterogeniteit van de funderingszandlagen moet er rekening worden gehouden met een mogelijke spreiding in de kalenderwaarden. Tevens is het verdichtingseffect bij paalgroepen van invloed. Zo zal bij de laatste paal in een groep een aanzienlijk hogere heiweerstand moeten worden overwonnen, waardoor de kalenderwaarde hoger zal oplopen. Als een afwijking van het slagdiagram in ongunstige zin van meer dan 35% wordt geconstateerd, moeten volgens de norm NEN 9997-1 art. 3.2.3 controlesonderingen worden uitgevoerd.
Voorts moet men er zorg voor dragen dat de energie-afgifte van de heiblokken ten behoeve van de beoordeling van de heiresultaten constant blijft. Bij de hydraulische blokken is dit eenduidig in te stellen en te registreren. Bij dieselblokken levert dit punt echter nogal eens problemen op vanwege een onregelmatige brandstoftoevoer. In dit kader wordt aanbevolen regelmatig het slaggetal, zijnde het aantal slagen per minuut, bij het heien op te nemen. Dit getal vormt een globale indicatie van de energie-afgifte, zoals in figuur A 42-52 is aangegeven. Indien er met twee of meer stellingen wordt gewerkt, moeten de kalenderwaarden in principe per stelling worden beoordeeld. Een vergelijking met de resultaten van andere stellingen kan tot foute conclusies leiden.
Heiformules
In het verleden heeft men verwoede pogingen gedaan om met behulp van heiformules de draagkracht van een paal vast te stellen. De formules zijn gebaseerd op een veronderstelde relatie tussen de paalkopzakking per heislag en de energie-afgifte enerzijds en de statische grondweerstand anderzijds. Inmiddels zijn er meer dan honderd verschillende formules ontwikkeld, zoals de Hollandse heiformule en de formules van Delmag en Sprenger/Potma. De diverse benaderingen vertonen onderling een grote spreiding, zoals ter illustratie is aangegeven in figuur A 42-29.
Figuur A 42-29
Relatie indringingsweerstand en de zakking per heislag op basis van diverse heiformules (bron: Huizinga (lit. 18))
[ link ]
De verschillende formules leiden slechts onder zeer specifieke omstandigheden tot redelijk betrouwbare conclusies. Het beoordelen van de draagkracht van de paal aan de hand van een heiformule of alleen op basis van kalenderwaarden moet dan ook sterk worden afgeraden en is volgens de norm niet toegestaan. Overeenkomstig de norm mag de draagkracht alleen worden bepaald op basis van sonderingen en/of proefbelastingen.
Controle draagkracht van niet-geheide paalsystemen
Bij niet-geheide paalsystemen is het tijdens de uitvoering slechts in beperkte mate mogelijk indicaties te verkrijgen van de draagkracht van de geïnstalleerde palen. Onder meer de volgende gegevens moeten worden geregistreerd (voor een compleet overzicht van de registraties wordt verwezen naar de betreffende beoordelingsrichtlijnen):
  • het draaimoment
  • de axiale druk
  • de schraapfactor
  • de speciedruk gedurende het gehele fabricageproces
  • het specieverbruik.
Bij geschroefde palen is een variatie in de bodemweerstand in kwalitatieve zin waarneembaar op basis van verschillen in het afgegeven draaimoment en de axiale druk in relatie tot de inbrengsnelheid. Conclusies van kwantitatieve aard zijn veelal niet mogelijk. Voorts is het bij avegaarpalen mogelijk afwijkingen in de bodemgesteldheid te constateren door de grond in de getrokken avegaar te inspecteren.
Ook bij ingetrilde palen kan een variatie in de bodemweerstand in zekere mate worden gesignaleerd aan de hand van de inbrengsnelheid. Ook hier kunnen geen betrouwbare conclusies worden getrokken met betrekking tot de draagkrachtafname of -toename.
Bij geboorde en gepulste palen is een dergelijke controle nog moeilijker, een en ander afhankelijk van de toe te passen techniek.
Controle kwaliteit paalschacht
Tijdens het fabricageproces van een paal moet een aantal uiteenlopende gegevens worden geregistreerd teneinde de kwaliteit van de paalschacht te kunnen beoordelen. Het moge duidelijk zijn dat de aard van deze gegevens per paaltype verschilt.
Als voorbeeld is in figuur A 42-30 een overzichtsstaat gegeven voor de keuring van avegaarpalen overeenkomstig de KIWA-Beoordelingsrichtlijnen BRL 237/01. Voor nadere informatie wordt verwezen naar de betreffende overige beoordelingsrichtlijnen en NEN-EN-normen.
Figuur A 42-30
Keuringsschema avegaarpalen (gedeelte BRL K237/01) (bron: KIWA)
Hoofdgroep Onderwerp Aspect Methode Frequentie Notatie
Op het werk aanwezige gegevens rapport grondonderzoek inhoud toetsing aan Algemeen Gedeelte eenmaal per week nee
rapport ontwerp-paalfundering inhoud toetsing aan Algemeen Gedeelte eenmaal per week nee
uitvoeringsplan inhoud toetsing aan Algemeen Gedeelte eenmaal per week nee
bijlage BRL aanwezigheid toetsing aan Algemeen Gedeelte eenmaal per week nee
Werkvolgorde avegaar rechtheid visueel/meting bij grote afwijkingen per werk, voor de eerste paal met de betreffende diameter (3)
eerste paal plaats eerste paal nabij diepste inboorniveau visueel aan de hand van palenplan ja
paalafstand bij direct na elkaar vervaardigen onderlinge h.o.h. afstand minimaal 4x paaldiameter met minimum van 2 m a.d.h.v. palenplan per paal (2) (3)
tijdsduur minimaal 4 uur a.d.h.v. werkvolgorde per paal (2) ja
verlengde tijdsduur bij specie met vertragende hulpstof a.d.h.v. werkvolgorde per paal (2) ja
specieniveau naastliggende paal verandering hoogte visueel meting (3)
meting bij grote afwijkingen (3)
smeerbed aanbrengen visueel eenmaal per dag, voor de eerste paal (3)
Boorproces avegaar verticaliteit toetsing in twee loodrecht op elkaar staande richtingen per paal nee
schoorstand (2) meting per paal ja
centrering boven piket meting na gereedkomen per paal ja
inboren schraapfactor over de volle hoogte (8) bij iedere sondering ja (5)
schraapfactor over tenminste de laatste 1,5 m (8) bij overige palen ja (5)
de gehanteerde waarde van het draaimoment (8) continu ja
testcertificaat van de boormotor aanwezigheid draaimoment overeenkomstig minimale waarde eenmaal per week nee
Vervaardiging van de paal avegaar vulling met betonspecie (8) per paal (3)
opening van de afsluiting overdruk op specie en het maximaal 100 mm optillen van de avegaar meting eenmaal per dag ja
visueel per paal
indien eerste poging mislukt 0,50 m dieper boren en procedure herhalen meting per paal (6), maximaal 2 keer ja
nieuwe paal indien na drie pogingen de as nog niet geopend is inboorniveau 0,25 m dieper dan oorspronkelijke paal meting per paal (6) nee
trekken van de avegaar stilstaand of draaiend trekken visueel continu ja
treksnelheid in relatie tot specietoevoer speciedruk aan de voet (8) of volumemeting per paal, continu (3)
het gevaar van grondbreuk, uitbreken specie tijdens laatste meters speciedruk, niet te hoog per paal (3)
0,25 m dieper in de specie boren voor hervatten trekken avegaar uitvoering meting na onderbreking van het trekken ja
onderbreking trekken avegaar keuze grondlaag i.v.m. steundruk toetsing a.d.h.v. grondonderzoek per paal (6) ja
opgeboorde grond relatie grondonderzoek visueel continu (3)
melding opdrachtgever (3) ja
wapening aanbrengen visueel per paal (3)
dekking meting eenmaal per dag ja
visueel per paal (3)
Na fabricageproces
Na het inbrengen van de paal kan de grondmechanische draagkracht en/of de kwaliteit van de paalschacht worden gecontroleerd. Hierbij kan één van de volgende maatregelen worden uitgevoerd, of een combinatie daarvan, een en ander afhankelijk van de aanleiding van het aanvullende onderzoek:
  1. naheien
  2. vrijgraven paalkop
  3. trekken paal
  4. cilinders boren
  5. controlesonderingen
  6. meetdraden
  7. akoestisch doormeten
  8. proefbelasting
In het navolgende worden genoemde maatregelen nader belicht.
A. Naheien
Men kan ertoe overgaan een paal na te heien wanneer er sprake is van lage kalenderwaarden, mogelijk in verband met wateroverspanning. De paal wordt dan na een tussenperiode van minimaal circa 12 uur 1 à 2 tochten van 0,25 m dieper geheid. In deze tussenperiode is de eventuele wateroverspanning nagenoeg geheel weggevloeid en wordt in de beginfase van het naheien de werkelijke bodemweerstand ondervonden.
Ook indien reeds geheide palen een opwaartse verplaatsing hebben ondergaan onder invloed van het opheiverschijnsel (zie A 4240 onder 'Opheien/zwellen bodemlagen'), kunnen geprefabriceerde betonpalen worden nageheid.
B. Vrijgraven paalkop
Wanneer er twijfels bestaan omtrent de kwaliteit van de paalkop (schuimkop, grondinsluitingen en dergelijke) of wanneer in het bovenste deel van de paal scheurvorming wordt verwacht, kan de paalkop worden vrijgegraven. Op basis van een visuele inspectie kan dan een beoordeling plaatsvinden. Bij het vaststellen van de ontgravingsdiepte dient men uiteraard rekening te houden met een eventueel benodigde verlaging van de grondwaterstand. Voorts moeten de ontgravingen zodanig worden uitgevoerd dat de belendende palen niet worden beschadigd als gevolg van een mechanische belasting door het ontgravingsmaterieel of door horizontale gronddruk.
C. Trekken paal
Indien er geen eenduidigheid bestaat omtrent de kwaliteit en de continuïteit c.q. de dwarsafmeting van de volledige paalschacht, kan als proef worden besloten een paal in zijn geheel te trekken, waarna een nauwkeurige inspectie kan plaatsvinden. Op basis van praktische en economische redenen wordt een dergelijke proef slechts in uiterste gevallen toegepast, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van een nieuw paalsysteem.
D. Boren cilinders
Overeenkomstig de norm NVN 6724 moeten bij 5% (ten minste 6 stuks) van het totale aantal in de grond gevormde palen cilinders uit de paalkop worden geboord. De betonkwaliteit van de cilinders wordt vervolgens in het materiaaltechnisch laboratorium nader onderzocht.
E. Controlesonderingen
Met behulp van controlesonderingen kunnen eventuele plaatselijke afwijkingen in de bodemgesteldheid worden opgespoord, terwijl tevens de invloed van het fabricageproces van de paal op de vastheid van de funderingszandlagen kan worden vastgesteld. Hiermee komt eenduidige informatie beschikbaar met betrekking tot de draagkracht van de betreffende palen, op basis waarvan eventuele aanvullende maatregelen kunnen worden uitgevoerd.
F. Meetdraden
Het is mogelijk om in geprefabriceerde betonpalen meetdraden op te nemen. Door middel van het invoeren van een elektrische stroom kan na het heiwerk worden vastgesteld of de draad is gebroken.
Hierbij moet worden opgemerkt dat deze methode niet altijd tot de juiste conclusie leidt. Zo zijn er gevallen bekend, waarbij de draad intact bleef bij de aanwezigheid van lichte scheuren, terwijl ook het tegenovergestelde is voorgekomen: de paal vertoonde geen schade, waar in de meetdraad, als gevolg van transport of heiwerk, een defect was opgetreden.
In geval van twijfel is het raadzaam de betreffende palen akoestisch te laten doormeten.
G. Akoestisch doormeten
Door een paal akoestisch door te meten, kan inzicht worden verkregen in de toestand (integriteit) van de paalschacht en de aanwezigheid van eventuele discontinuïteiten. CUR-Aanbeveling 109 Akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen (Stichting CURNET, Gouda, 2007) geeft hiervoor richtlijnen ten aanzien van meetapparatuur, uitvoering, interpretatie en rapportage. Ook is daarin de theoretische achtergrond kort beschreven, inclusief een uitgebreide literatuurlijst. Hieronder is een samenvatting van deze CUR-Aanbeveling gegeven.
De meting wordt uitgevoerd door met een hamer op de paalkop te slaan. Deze slag wekt een schokgolf op in de paal, die naar de paalpunt loopt, daar weerkaatst en weer bij de paalkop terugkomt, zie figuur A 42-31. De hamerklap en de responsie van de paalkop als functie van de tijd worden met een versnellingsopnemer gemeten. Dit gemeten signaal wordt digitaal opgeslagen voor latere interpretatie.
Figuur A 42-31
Akoestisch doormeten van funderingspalen en theoretisch verloop schokgolf ideale paal
[ link ]
Een voorbeeld van een geregistreerd signaal is gegeven in figuur A 42-32. Het middelste signaal is de standaard paal met een lengte van circa 18,2 m. De andere signalen zijn van gebroken palen. In de grafiek van figuur A 42-32 staat op de horizontale as de paallengte. Deze is berekend uit de gemeten tijdsduur voor het heen- en weerlopen van de schokgolf, uitgaande van de geschatte golfsnelheid (c = 3800 à 4300 m/s voor beton, afhankelijk van betonkwaliteit en verhardingsduur). Voor het middelste signaal geldt: gemeten tijdsduur t = 8,5 ms en geschatte golfsnelheid c = 4300 m/s geeft L = 4300 ∙ 8,5 / 2 = 18,2 m.
Figuur A 42-32
Voorbeelden van signalen van een prefab paal (bovenste: paal halverwege gebroken, middelste: paal zonder breuk, onderste: paal op circa ¾L gebroken)
[ link ]
Bij het akoestisch doormeten van funderingspalen gaat het om de bepaling van de integriteit van de paalschacht, dat wil zeggen de vorm, de dwarsafmeting (diameter) en de kwaliteit. Centraal staat de vraag of de betonkolom in staat is een axiale kracht over te brengen.
Bij het akoestisch doormeten van funderingspalen gaat het om de bepaling van de integriteit van de paalschacht, dat wil zeggen de vorm, de dwarsafmeting (diameter) en de kwaliteit. Centraal staat de vraag of de betonkolom in staat is een axiale kracht over te brengen.
Binnen een veld van funderingspalen geeft het akoestisch doormeten op snelle en economische wijze inzicht in de aanwezigheid van palen met een mogelijk afwijkend signaal. Het gaat om relatieve vergelijkingen van gemeten signalen en het detecteren van afwijkingen daarin. Hieraan ligt ten grondslag de veronderstelling dat de meeste palen in orde zijn. Uit het meetresultaat kan een eventuele afwijking van de kwaliteit (uitgedrukt in de elasticiteitsmodulus E) en de paaldoorsnede (A) worden vastgesteld.
Toepassingsgebied en beperkingen
De akoestische meting kan gebruikt worden voor de volgende doelen:
  • afnamecontrole van de palen
  • onderzoek in verband met twijfel over de paalintegriteit in de fase na de afnamecontrole
  • bepaling integriteit van palen onder bestaande constructies.
Akoestisch doormeten kan op meerdere tijdstippen worden gedaan, zoals:
  • na paalinstallatie (bij in de grond gevormde palen na voldoende verharding)
  • en/of na uitvoering van het grondwerk (zoals ontgraven van de bouwput)
  • en/of voor het storten van de betonvloer of -balk (na het snellen van de palen)
  • en/of in een later stadium (in bijzondere gevallen).
In het algemeen kunnen alleen palen met een lengte van 3 m of meer worden doorgemeten.
Akoestisch doormeten is niet geschikt voor:
  • de bepaling van de grootte van de draagkracht, noch in geotechnische zin, noch in materiaaltechnische zin
  • de nauwkeurige bepaling van de paallengte (onnauwkeurigheid bedraagt circa 10 %)
  • de nauwkeurige bepaling van de paaldoorsnede; bij abrupte variatie bedraagt de onnauwkeurigheid circa 10 %; bij geleidelijk verlopende afwijking is detectie van afwijkingen niet mogelijk.
Akoestisch doormeten is evenmin geschikt voor de bepaling van de integriteit van:
  • stalen (buis)palen en damwanden
  • houten palen en damwanden
  • samengestelde in de grond gevormde palen zoals gegroute buispalen / schroefinjectiepalen
  • keerconstructies zoals diepwanden en palenwanden
  • diepwandpalen (zogenaamde baretten)
  • palen onder vloeren of balken, tenzij het boveneinde van de paal is vrij gegraven
  • palen, ingestort in een onderwaterbetonvloer.
Meetapparatuur
De apparatuur voor het akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen bestaat uit de hamer, de versnellingsopnemer en de veldcomputer met AD-converter voor data acquisitie, signaalbewerking en opslag.
Voor het verkrijgen van een meetsignaal met een hoge resolutie dient een inputsignaal met een korte pulsduur te worden gegenereerd. De pulsduur is afhankelijk van de hardheid van de hamerdop, gewicht van de hamer, de slagkracht, de kwaliteit van de paalkop en de dwarsafmeting van de paal. Bij betonnen palen kunnen goede resultaten worden verkregen met een normale handhamer met een hamerdop van polyamide (nylon) of gelijkwaardig (figuur A 42-33).
Figuur A 42-33
Principeschets van een hamer
[ link ]
Registratie van de in de paal opgewekte puls vindt plaats met behulp van een piëzo-elektrische versnellingsopnemer (sensor). Tussen de versnellingsopnemer en de paalkop wordt een taaie kit gebruikt om een goed contact te verkrijgen, de stijfheid te verhogen, oneffenheden in de paalkop uit te vlakken en beweging van de opnemer tijdens het slaan te voorkomen.
Een geofoon (sensor waarmee de paalkopsnelheid wordt gemeten) is minder geschikt voor pulsmetingen en derhalve niet aan te bevelen voor het akoestisch doormeten van palen.
Uitvoering van de metingen
Het uitvoerend personeel dient voldoende expertise te hebben voor de uitvoering van de metingen. Bij gebrek aan specifieke scholingsopleidingen is een interne bedrijfsopleiding noodzakelijk, waarbij ten minste 20 werkdagen tezamen met een ervaren meettechnicus het doormeten wordt uitgevoerd met een omvang van ten minste 2000 palen op meerdere locaties, verdeeld over meerdere paaltypen. Een ervaren meettechnicus heeft minimaal 2 jaar ervaring, waarbij het doormeten van palen zijn hoofdtaak is geweest.
Bij de in de grond gevormde palen wordt, in tegenstelling tot vroegere "richtlijnen", aanbevolen 100% akoestisch door te meten, omdat alleen dan de enkele afwijkende paal kan worden opgespoord. Prefab betonpalen worden doorgemeten naar behoefte. In geval van controle van een enkele prefab betonpaal moeten ten minste ook 4 referentiepalen worden doorgemeten.
Voordat de metingen worden uitgevoerd, dienen beschikbaar te zijn:
  • meest recente versie van het palenplan met paalnummers, paallengten, paalafmeting en (lengte) paalwapening
  • bijzonderheden uit verslag paalinstallatie
  • informatie over aanwezigheid van opstorting paalkop
  • gegevens over het snellen van palen en, zo ja, op welke wijze het snellen is uitgevoerd.
Aangezien de meetomstandigheden bepalend zijn voor de kwaliteit van de metingen, dienen deze te worden vastgelegd. Het gaat hierbij om:
  • situatie van de bouwput (wel of niet ontgraven voorafgaand aan het maken van de palen)
  • niveau van paalkop en maaiveld ten opzichte van NAP
  • moment van akoestisch doormeten van de paal
  • begaanbaarheid bouwput: droog of nat, zandbodem of (verweekte) klei-veenbodem
  • toestand en bereikbaarheid van de paalkop
  • de lengte van de wapening boven de paalkop, indien deze lengte meer dan 0,5 m bedraagt
  • eventuele zichtbare beschadiging van de paalkop dan wel wapening (verbogen etc.)
  • weersgesteldheid (droog/regen, windsterkte, zon, temperatuur, vorst)
  • bijzondere omstandigheden (onder water doormeten met duiker, ervaring van het ingezette personeel, doormeten onder funderingsbalken etc.)
  • gebruikte apparatuur en hamertype (gewicht en afmeting / specificaties hamerdop).
Een goede meting kan alleen plaatsvinden onder de volgende voorwaarden:
  • minimale verhardingstijd van 5 dagen
  • paalkop vrij van water, modder of grond, puin en andere verontreinigingen
  • geen schuimkop aanwezig
  • paalkop vrij bereikbaar (bovenliggende wapening nog niet aangebracht)
  • 0,1 m afstand tussen opnemer en hamerklap
  • gebruik van juiste apparatuur en instellingen (hamer, kit, veldcomputer)
  • korte felle hamerklap in de richting van de paal-as (meetsignaal is geschikt indien de invoerpuls strak van vorm is, t50% = 0,25 à 0,35 ms, zie figuur A 42-34).
Figuur A 42-34
Snelheidssignaal met indicatie gewenste pulsduur van de hamerklap
[ link ]
In de gepresenteerde grafiek (zoals bijvoorbeeld van figuur A 42-32) komt een pulsduur t50% van 0,25 à 0,35 ms overeen met een lengte van 0,5 à 0,7 m (gemiddeld 0,3 ms ∙ 4000 m/s / 2 = 0,6 m).
Per paal moeten ten minste 2 gelijkwaardige signalen, met verschillende posities van de versnellingsopnemer, worden opgeslagen. Bij grote palen (> 510 mm) zijn ten minste 3 metingen in de buitenste schil en 1 meting in het centrum van de paal nodig.
Van iedere paal behoren het nummer en de datum van de meting, de filterfactor, de versterkingsfactor en de ingestelde paallengte te worden opgeslagen. Ook moeten alle gegevens van de uitvoering worden vastgelegd op het uitvoeringsformulier. De meettechnicus behoort op het werk geen uitspraken te doen over de beoordeling van de meetsignalen.
Aanvullende metingen
Indien de gemeten signalen niet eenduidig interpreteerbaar zijn, kan het nodig of gewenst zijn aanvullend onderzoek uit te voeren. Dit onderzoek kan bestaan uit één of meerdere onderstaande acties:
  • opnieuw akoestisch doormeten na het snellen van de paalkop, bijvoorbeeld als het inputsignaal onregelmatig is, repetitie van tussenliggende reflectie samenvalt met de puntreflectie, twijfel bestaat over de lengte van een paal in vergelijking met overige palen
  • ontgraven en visuele inspectie van paal. Dit is alleen zinvol als een mogelijk gebrek zich dicht onder paalkop bevindt en het ontgraven tot de benodigde diepte mogelijk is zonder invloed op belendende palen of funderingen
  • paal akoestisch doormeten onder statische axiale belasting, bijvoorbeeld in die situaties waarbij twijfel is over de oorzaak van een afwijkend signaal. De paal dient te worden doorgemeten voorafgaand aan, tijdens en na het belasten van de paal
  • in bijzondere gevallen: betonkern uit de paal boren tot voorbij het niveau van de afwijking.
Interpretatie
Brede kennis van paalsystemen, aspecten van uitvoering, geotechnische randvoorwaarden en bodemomstandigheden zijn noodzakelijk om een juiste interpretatie mogelijk te maken. De benodigde ervaring voor de interpretatie van de metingen vergt enige jaren met praktisch onderzoek op palen met defecten van verschillende aard. Hierbij dient bedacht te worden dat ervaring met een bepaald paalsysteem en/of met een bepaalde bodemopbouw niet algemeen vertaalbaar is naar andere situaties.
Degene die de signalen interpreteert, dient te beschikken over voldoende expertise, namelijk:
  • kennis van de mogelijkheden en onmogelijkheden van het akoestisch doormeten
  • kennis van de ééndimensionale golftheorie en de gebruikte meetapparatuur, inclusief de instellingen en de invloed hiervan op de meetsignalen
  • inzicht en kennis van uitvoeringsaspecten van palen en mogelijke problemen die zich voor kunnen doen tijdens de vervaardiging van palen
  • inzicht over de invloed van variaties in betonkwaliteit op het meetsignaal (de gemiddelde loopsnelheid is afhankelijk van de betonkwaliteit en de verhardingsduur)
  • geotechnische kennis en de invloed die de ondergrond kan hebben op de vorm van de paal en/of het meetsignaal.
Beoordeling meetsignalen
Bij het akoestisch doormeten van palen gaat het om een relatieve vergelijking van meetsignalen in een veld van palen. Bij onderling afwijkende signalen is het van belang te beschikken over de gegevens van de bodemopbouw, uitvoering paalfundering, tijdstip van meting en overige omstandigheden (ontgraving bouwput, snellen van paalkoppen). De beoordeling van de meetsignalen op afwijkende signalen geschiedt doorgaans als volgt:
  • stel vast of sprake is van representatieve meetsignalen (juiste versterking, filtering, pulsduur hamerklap)
  • stel vast of een puntreflectie aanwezig is of aanwezig kan zijn
  • vorm aan de hand van een onderlinge vergelijking van de verkregen meetsignalen een algemeen beeld van de palen en selecteer de afwijkende meetsignalen
  • beschouw de aanwezigheid van niet repeterende reflecties, die een gevolg zijn van variaties in bodemopbouw
  • stel vast of er sprake is van een repeterende reflectie (zwakke of sterke reflectie) en al dan niet een puntreflectie.
De algemene afwezigheid van een reflectie van de paalpunt betekent niet dat er redenen zijn om de integriteit van de paal in twijfel te trekken. Met name bij een grondverdringende paal, die over meerdere meters in een vaste zandlaag is ingebracht, zal de demping van de schokgolf door schachtwrijving en de overgang van paalpunt naar zeer vaste grond dermate hoog zijn, dat een reflectie niet meer is te onderscheiden, zie figuur A 42-35. De schachtwrijving is de belangrijkste oorzaak voor het uitdempen van het signaal. Duidelijk is te zien dat de schachtwrijving direct na het heien nog niet volledig is ontwikkeld. Er is een duidelijke puntreflex waarneembaar. Na verloop van tijd is de schachtwrijving zo sterk dat het signaal sterk wordt gedempt en de puntreflex slechts met moeite of helemaal niet meer zichtbaar is. Juist in die situatie is een enkele paal met een duidelijke reflectie van de paalpunt wel verdacht. Dit kan wijzen op een "losse" overgang tussen paal en grond hetgeen een gevolg kan zijn van een in eerste instantie niet geloste voetplaat.
Figuur A 42-35
Invloed schachtwrijving op meetsignaal bij grondverdringende paal
[ link ]
Bij de beoordeling van de signalen moet gelet worden op de volgende mogelijke afwijkingen:
  • afwijkingen in het inputsignaal
  • zwak repeterende reflectie
  • sterk repeterende reflectie.
Afwijkingen in het inputsignaal
Afwijkingen in het inputsignaal zoals een lange duur, een asymmetrische vorm van het oplopende signaal, aanwezigheid van een sterke oploop boven de referentielijn of signaal buiten meetbereik, wijzen op de aanwezigheid van een onregelmatigheid in de paalkop. Naast visuele inspectie van de paalkop betekent een afwijkend inputsignaal in de regel het snellen van de paal en opnieuw de akoestische meting uitvoeren omdat het oorspronkelijke signaal geen of onvoldoende inzicht geeft in de integriteit van de paal.
Een duidelijke afwijking in de paalkop is tijdens de uitvoering van de meting ook al hoorbaar doordat bij het slaan een afwijkend geluid hoorbaar is.
Zwak repeterende reflectie
Bij een zwak repeterende reflectie met wel een puntreflectie is sprake van een beperkte afwijking in de paalschacht, met de volgende mogelijkheden:
  • verdikking van de paalschacht al dan niet over een deel of over de totale omtrek van de paalschacht. Dit zal leiden tot een (beperkte) reflectie in de vorm van een opwaarts gerichte afwijking van het signaal gevolgd door een neerwaartse gerichte afwijking ten opzichte van het standaardsignaal (zie figuur A 42-36).
  • verjonging van de paalschacht al dan niet over een deel of over de totale omtrek van de paalschacht of scheurvorming over een deel van de doorsnede van de paal. Dit zal leiden tot een reflectie in de vorm van een neerwaarts gerichte afwijking van het signaal gevolgd door een opwaartse afwijking ten opzichte van het standaardsignaal (zie figuur A 42-37).
  • afwijkende betonkwaliteit door ontmenging van beton of vermenging van beton met grond. Dit zal leiden tot een reflectie, vergelijkbaar met een verjonging van de paalschacht, namelijk een neerwaarts gericht signaal ten opzichte van het standaardsignaal.
Bij bovenstaande afwijkingen zegt de verhouding van het afwijkingssignaal tot de sterkte van de invoerslag iets over de mate van afwijking.
Figuur A 42-36
Akoestisch meetsignaal van een paal met verdikking
[ link ]

Figuur A 42-37 Akoestisch meetsignaal van een paal met verjonging

[ link ]
Sterk repeterende reflectie
Bij een sterk repeterende reflectie zonder puntreflectie is sprake van een grote afwijking in de paalschacht, met de volgende mogelijkheden:
  • doorgaande scheurvorming over een groot deel van de doorsnede van de paal. Zodra er geen contact meer is tussen beide paaldelen kaatst het signaal terug als zijnde een reflectie van een paalpunt, zie figuren A 42-32 en A 42-38
  • ontbreken van het beton over enige hoogte.
Figuur A 42-38
Paal gebroken tijdens ontgraving bouwput
[ link ]
Advies naar opdrachtgever / constructeur en eventuele vervolgprocedure
Uit het akoestisch doormeten van de palen kunnen de volgende conclusies volgen:
  • er zijn geen afwijkingen aangetroffen en de integriteit van de paalschachten is in orde bevonden
  • er zijn afwijkingen aangetroffen waarbij een eindoordeel over de invloed van de afwijking niet mogelijk is en waarvoor nader onderzoek of maatregelen benodigd zijn om de aard van de afwijkingen te kunnen verklaren.
Het nader onderzoek kan bestaan uit:
  • nader bureauonderzoek met een bredere beschouwing van de gegevens over paalinstallatie, kalendering, betonverbruik, lengte en variatie van wapening
  • nader in-situ onderzoek met aanvullende metingen en/of vrijgraven van een deel van de paal teneinde meer te weten te komen over de aard van de geconstateerde afwijking
  • eventueel: berekening van de meest waarschijnlijke paalvorm met geavanceerde rekenprogramma's (signal matching).
Na uitvoering van het nader onderzoek worden opnieuw de resultaten beschouwd en conclusies getrokken over de integriteit van de paal. In overleg tussen de uitvoerende partijen, de constructeur / opdrachtgever en de betrokken gemeentelijke instanties wordt een definitief besluit genomen over de bruikbaarheid van een paal. Soms wordt besloten om zonder nader onderzoek een paal te vervangen of de paal te accepteren.
Bij verschil van inzicht over de bevindingen van het akoestisch doormeten kunnen partijen de volgende procedure volgen:
  • een second opinion vragen, waarbij onderscheid gemaakt wordt in alleen opnieuw interpreteren en opnieuw meten en interpreteren;
  • bij een niet-eensluidende conclusie: commissie van deskundigen, bestaande uit ten minste 3 onafhankelijke personen. De commissie van deskundigen doet een bindende uitspraak.
H. Proefbelasting
Bij proefbelastingen moet onderscheid worden gemaakt tussen de statische en de dynamische uitvoeringsmethode. Voorts zijn en worden er technieken ontwikkeld in het tussenliggende gebied. Hieronder wordt nader ingegaan op de uitvoeringswijze en toepassingsmogelijkheden van deze methoden.
Statische proefbelasting
Een statische proefbelasting op een paal kan worden uitgevoerd met het volgende doel:
  • bepaling van de maximale draagkracht, eventueel uitgesplitst naar puntweerstand en schachtwrijvingskracht
  • bepaling van de maximale trekkracht
  • bepaling van de vervormingskarakteristiek/het lastzakkingsdiagram
  • koppeling van de draagkracht aan sondeergegevens en formulering van rekenregels voor het ontwerp bij nieuwe paaltypen.
Allereerst wordt er een berekening gemaakt van de te verwachten maximale paaldraagkracht op basis van de sondeerresultaten. Vervolgens wordt de belastingsprocedure nader bepaald. In de regel worden 6 à 8 gelijkwaardige belastingstrappen toegepast tot aan de maximale (bezwijk)waarde.
Aan het eind van iedere belastingstrap worden veelal 3 à 5 belastingswisselingen uitgevoerd, mede teneinde bij de uitwerking van de proefresultaten een onderscheid te kunnen maken tussen het gedrag van de paalpuntweerstand en de schachtwrijving. De benodigde belastingstijd bedraagt per trap minimaal één uur en in de regel maximaal 4 uur, een en ander afhankelijk van de zakkingssnelheid van de paal. De bezwijkbelasting van de paal kan worden verondersteld te zijn bereikt bij een zakkingssnelheid van circa 0,5 mm per minuut, of bij een totale verticale vervorming van de paalkop van 10 à 20% van de paalvoetdiameter.
Boven de proef te belasten paal moet een opstelling worden gerealiseerd waaraan de reactiekracht kan worden ontleend. Dit kan een soort portaalconstructie zijn, zoals aangegeven in figuur A 42-39 en A 42-40. Hierbij kunnen hulppalen worden toegepast, of bijvoorbeeld groutankers. Ook kan bij de proefbelasting van drukpalen gebruik worden gemaakt van een ballastsysteem. De ballast kan bestaan uit stapelbaar materiaal, zoals betonblokken of damwandplanken, of uit een bakconstructie, gevuld met zand of water.
De belasting wordt door middel van een vijzel op de paalkop aangebracht, waarbij de grootte van de afgegeven belasting elektronisch wordt gemeten met een drukdoos. De zakking van de paalkop en -punt kan regelmatig worden gemeten met behulp van een nauwkeurigheidswaterpastoestel of meetklokjes. Hiertoe moeten in en op de paal voorzieningen worden aangebracht. Ook kunnen de palen worden geïnstrumenteerd door op diverse diepten reken spanningsmeters te installeren.
Figuur A 42-39
Schematische opstelling statische proefbelasting drukpaal
[ link ]

Figuur A 42-40Schematische opstelling statische proefbelasting trekpaal incl. de eisen voor klassen A en B

[ link ]
Een voorbeeld van de proefresultaten is gepresenteerd in figuur A 42-41.
Figuur A 42-41
Voorbeeld tijdzakkingsdiagram en lastzakkingsdiagram van een statische proefbelasting
[ link ]
Hierbij moet worden opgemerkt dat het bepalen van de belastingsprocedure, de metingen en de interpretatie van de proeven door ervaren specialisten moet worden uitgevoerd. Nauwkeurigheid, regelmaat en uniformiteit gedurende de proef is van groot belang voor het verkrijgen van betrouwbare conclusies.
Voor de interpretatie van statische proefbelastingen is een aantal methoden voorhanden. Bekende theorieën in dit kader zijn ontwikkeld door onder meer Van der Veen, Davisson, Chin Fung Kee, De Beer en Brinch Hansen. Deze methoden geven alle op min of meer verschillende wijze een definitie van het bezwijken van een paal c.q. een benadering van de maximale draagkracht van een paal, uitgaande van de last-vervormingsresultaten van de proef. Voor detailinformatie wordt verwezen naar de betreffende literatuur.
Vanwege de duur van de proeven, de eraan verbonden kosten en de praktische problemen die kunnen ontstaan in verband met het verkrijgen van de benodigde reactiekracht worden statische proefbelastingen in Nederland niet veelvuldig toegepast. De behoefte aan proefbelastingen is voorts klein vanwege het ontwikkelde vertrouwen in de toe te passen rekenregels voor het ontwerp en de kennis van de relatief gelijkmatige bodemopbouw in Nederland. De uitvoering van proefbelastingen blijft veelal beperkt tot proeven ten behoeve van de introductie van nieuwe paalsystemen. De statische proefbelasting is echter wel de meest nauwkeurige en betrouwbare methode om de draagkracht van de paalpunt, de schachtwrijvingskracht en het vervormingsgedrag van een paal vast te stellen.
NEN 6745 - Geotechniek - Proefbelasting van funderingspalen
In 2005 zijn twee normbladen verschenen voor de uitvoering en de interpretatie van proefbelastingen op funderingspalen, namelijk:
  • NEN 6745-1:2005 Geotechniek - Proefbelasting van funderingspalen - Deel 1: statische axiale belasting op druk
  • NEN 6745-2:2005 Geotechniek - Proefbelasting van funderingspalen - Deel 2: statische axiale belasting op trek.
Voor NEN 6745-1 is inmiddels NEN-EN-ISO 22477-1:2006 Ontw. beschikbaar. De in NEN 6745-1 en -2 beschreven afleiding van de paalfactoren αp, αs en αt is opgenomen in NEN 9997-1 art. 7.5.2.
In NEN 6745-1 en -2 zijn gedetailleerde aanwijzingen en richtlijnen opgenomen over:
  • de inrichting van de proefbelasting
  • de uitvoering van de proefbelasting
  • de verslaglegging van de resultaten van de proefbelasting
  • de interpretatie van de resultaten van de proefbelasting
  • de nadere vaststelling van de waarden voor αp en αs (deel 1) respectievelijk αt (deel 2).
Volgens de normbladen wordt onderscheid gemaakt in drie klassen van proefbelastingen:
  • klasse A: uitgebreide proeven, waarbij het last-verplaatsingsgedrag van de proefpaal gedetailleerd wordt vastgesteld met inbegrip van het verloop van de axiale kracht over de lengte van de paal (verdeling van schachtwrijving en, bij drukpalen, de kracht op de paalvoet)
  • klasse B: als klasse A maar met uitzondering van de vaststelling van het verloop van de axiale kracht over de lengte van de paal
  • klasse C: kortdurende proeven waarbij alleen de kracht op de paalkop en de verplaatsing van de paalkop worden gemeten.
NEN-EN 22477-1 maakt alleen onderscheid tussen investigation tests (paal belasten tot bezwijken) en control tests (paal belasten tot zekere maat boven de BGT-belasting).
In figuur A 42-42 is een schematisch overzicht gegeven van de verschillen tussen de drie klassen.
Indien de proefbelastingen zijin bedoeld voor het bepalen van de draagkrachtfactoren αp, αs en αt moet de proefbelasting worden uitgevoerd volgens de bepalingen van klasse A. Voor de bepaling van de draagkrachtfactoren αp en αs dienen proefbelastingen op druk te worden uitgevoerd, voor de bepaling van αt proefbelastingen op trek.
Figuur A 42-42
Schematisch overzicht verschillen klassen A, B en C volgens NEN 6745
Klasse A Klasse B Klasse C
par. 6.1.2 bij proefbelasting op druk bij voorkeur ballast en geen trekelementen toepassen als A -
par. 6.2.2 opnemers in de paal ten minste op overgang naar draagkrachtige laag en bij paalvoet (drukpalen) - -
par. 6.3.2 paalkopbelasting meten met drukdoos als A par. 6.3.2 paalkopbelasting ook via oliedrukmeting vijzel toegestaan
par. 6.3.3 meetnauwkeurigheid verplaatsing < 0,2% als A par. 6.3.3 meetnauwkeurigheid verplaatsing < 0,5%
par. 6.3.4 meetonnauwkeurigheid dwarsdoorsnede A < 10% en paalstijfheid EA < 5% - -
par. 6.4.1 installatie beschermen tegen weersinvloeden als A -
par. 6.5.2 ten minste drie sonderingen nodig als paalfactoren α
p
en α
s
moeten worden bepaald		 - -
par. 7.2.2 belastingstappen doorzetten totdat verplaatsingssnelheid ≤ 0,1 mm per 20 minuten als A par. 7.2.3 geen eis aan verplaatsingssnelheid
par. 7.2.2 proefbelasting bij voorkeur doorzetten tot bezwijken (totdat vijzel de verplaatsing van de paal niet meer kan bijhouden) als A als A
par. 7.2.4 bij voorkeur geen vervormingsgestuurde procedure als A -
par. 10.1.2 geschikt voor bepaling α
p
en α
s
respectievelijk α
t
Proefbelastingsinstallatie
In de normbladen wordt uitgebreid ingegaan op de inrichting van de proefbelastingsinstallatie. Hierbij zijn bepalingen opgenomen over de constructieve sterkte van de installatie en de toegestane afwijkingen. Bij gebruik van ballast is bijvoorbeeld gesteld dat het gewicht van de ballast 10% hoger moet zijn dan de maximaal op de paal uit te oefenen kracht.
Vervolgens wordt ingegaan op de wijze waarop de reactiekracht wordt geleverd. Bij een proefbelasting op druk volgens klassen A en B gaat de voorkeur uit naar ballast. Als dit niet mogelijk is, moet gebruik worden gemaakt van trekelementen (bijvoorbeeld groutankers). Om beïnvloeding van de draagkracht van de proefpaal te voorkomen moet de verankeringszone van deze elementen beneden de voet van de proefpaal liggen, op een horizontale afstand van ten minste 5m uit de as van de proefpaal, zie ook figuur A 42-40. Bij proefbelastingen op trek wordt de voorkeur gegeven aan reactiepalen op een afstand van 5m uit de as van de proefpaal boven een fundering op staal.
Bodemopbouw proefterrein
De bodemopbouw van het terrein waar de proefbelasting wordt uitgevoerd, moet vooraf worden verrekend door middel van sonderingen, waarbij naast de conusweerstand ook de plaatselijke wrijving wordt gemeten. Bij proefbelastingen ter bepaling van de draagkrachtfactoren αp, αs en αt (klasse A) moeten vooraf ten minste drie sonderingen worden uitgevoerd volgens klasse 2 volgens NEN-EN-ISO 22476-1 (zie ook A 2510). De afstand van de sondeerpunten tot de as van de proefpaal mag niet meer dan 2m bedragen.
Hoewel niet vermeld in de normbladen, is het gewenst ook een goed beeld te hebben van de freatische grondwaterstand en de stijghoogte in de diepere zandlagen ter plaatse van de proefpalen. Deze gegevens zijn nodig om de spanningstoestand onder en naast de proefpaal te kunnen berekenen. Ook het uitvoeren van boringen en laboratoriumonderzoek op ongeroerde monsters kan gewenst zijn, bijvoorbeeld om de korrelgrootte van het zand in de draagkrachtige zandlaag vast te stellen. Bij grof zand en grind moet de wrijvingsweerstand langs de paalschacht worden gereduceerd bij de berekening van de schachtwrijving (zie A 3430).
Belastingsprocedure
Aan de hand van de resultaten van de sonderingen wordt de verwachte uiterste draagkracht van de proefpaal berekend. De proefbelasting wordt in principe doorgezet tot deze waarde. Hierbij wordt opgemerkt dat het voor proefbelastingen klasse A is gewenst dat de kracht kan worden opgevoerd tot het daadwerkelijk bezwijken van de paal. Dit kan een hogere belasting zijn dan volgt uit de draagkrachtberekening. Bij het ontwerp van de proefbelastingsinstallatie moet hiermee rekening worden gehouden. Een paal die tot bezwijken is belast, kan uiteraard niet meer in de constructie worden opgenomen. Een dergelijke proef wordt daarom uitgevoerd op een extra paal.
Is de proefbelasting bedoeld voor de controle van de draagkracht van een paal die nog wel in de constructie moet worden opgenomen, dan moet een zekere marge tot aan de bezwijkdraagkracht worden aangehouden. In de norm is hiervoor geen richtlijn gegeven. Als uiterste belasting op de te beproeven paal zou de rekenwaarde van de grensdraagkracht kunnen worden genomen. Bij de keuze moet worden gelet op het risico dat een eventueel slecht functioneren van de betreffende paal op het bouwplan kan hebben. Ook moet worden bedacht dat de interpretatie en evaluatie van een proef, waarbij de belasting niet tot de grensdraagkracht wordt opgevoerd, gecompliceerd is.
Voor de daadwerkelijke uitvoering van de proefbelasting wordt onderscheid gemaakt in:
  • krachtgestuurde proeven
  • vervorminggestuurde proeven.
Voor de klassen A en B worden krachtgestuurde proeven aanbevolen. Het is gebruikelijk de belasting op de paal in een aantal gelijke stappen op te voeren, zie ook figuur A 42-41. Het aantal belastingstappen is niet voorgeschreven. Om de resultaten van de proefbelasting te kunnen interpreteren is het gewenst relatief kleine belastingstappen te nemen. Hiermee wordt een duidelijk beeld verkregen van het last-zakkingsgedrag van de paal en is ook veelal een goede bepaling van de grensdraagkracht mogelijk. Voor de klassen A en B is een aantal van acht stappen dan ook gebruikelijk. Als het gaat om het bepalen van de uiterste draagkracht van een paal, kan een groter aantal stappen nodig zijn, zie bijvoorbeeld figuur A 42-41 waarin de paal bezweek bij de negende stap. Om een goed startpunt van de metingen te hebben wordt altijd eerst een zogenoemde 0-kracht op de paalkop gezet, waarvoor in de normbladen 10 kN is aangegeven.
Belastingsherhalingen (optie)
In de normbladen wordt de optie genoemd om na iedere belastingstap een of meer belastingsherhalingen uit te voeren. Na iedere belastingstap en de bijbehorende wachttijd, wordt dan een ontlaststap uitgevoerd tot de 0-kracht van 10 kN. In het voorbeeld van figuur A 42-41 zijn deze belastingsherhalingen ook uitgevoerd.
Het toepassen van belastingswisselingen is overigens omstreden. Volgens sommige onderzoekers geeft het bij de belastingsherhalingen gemeten lastzakkingsgedrag en -rijzingsgedrag extra informatie over de grensdraagkracht van de paal. Anderen zijn van mening dat door de belastingsherhalingen de wrijvingskracht tussen paal en grond wordt verstoord waardoor de proef uiteindelijk een te lage waarde van de grensdraagkracht oplevert.
Bepaling normaalkrachtverloop
Als op verschillende niveaus in de paal rekmeters zijn aangebracht, zoals bij proefbelastingen volgens klasse A, moet het verloop van de normaalkracht over de hoogte van de paal worden bepaald volgens de regels der mechanica. De formules hiervoor zijn niet in de norm gegeven. Volgens de Wet van Hooke geldt evenwel:
Fax(i) = E · A · ε(i)
waarin:
F
ax(i)
 = normaalkracht in de paal op niveau i in kN
E = elasticiteitsmodulus van het paalmateriaal in kN/mm²
A = oppervlak van de dwarsdoorsnede van de paalschacht in mm²
ε(i) = de gemeten rek op niveau i
In figuur A 42-43 is ter verduidelijking van de norm een voorbeeld gegeven van het verloop van de normaalkracht in de paal, berekend uit de gemeten rekken op de verschillende niveaus. Zoals uit de formule blijkt, moeten de elasticiteitsmodulus E en het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de paal A bekend zijn. Niet altijd zijn deze waarden exact bekend. Met name bij in de grond gevormde palen en bij palen die zijn samengesteld uit meerdere materialen (bijvoorbeeld een stalen buis gevuld met beton of grout), moet de nodige aandacht worden besteed aan de bepaling van deze waarden. Hierbij kan het zinvol zijn het kracht-rekgedrag van een stukje paalschacht in het laboratorium in een drukpers nader te onderzoeken en zo de EA-waarde te bepalen.
Nadat het verloop van de normaalkracht in de paal is vastgesteld, kunnen eenvoudig de gemobiliseerde puntweerstand en schachtwrijving worden bepaald. Hoe meer rekopnemers in de paal zijn aangebracht, hoe nauwkeuriger het verloop van de normaalkracht kan worden bepaald.
Figuur A 42-43
Voorbeeld van het verloop van de normaalkracht in de paal
[ link ]
Bepaling landelijk toepasbare draagkrachtfactoren αp, αs en αt
Uit de resultaten van proefbelastingen volgens klasse A kunnen de draagkrachtfactoren αp, αs en αt worden bepaald. Om deze waarden algemeen te kunnen gebruiken zijn volgens de normbladen proefbelastingen op twee terreinen nodig. De bodemopbouw op de beide terreinen moet duidelijk verschillend zijn. In de normbladen is aangegeven dat op het ene terrein de gemiddelde conusweerstand in de draagkrachtige laag moet liggen tussen 5 en 10 MPa en op het andere terrein tussen 10 en 15 MPa.
Per proefterrein worden voor de bepaling van de draagkrachtfactoren van op druk belaste palen de volgende stappen doorlopen:
  • bereken voor elke sondering de grensdraagkracht voor punt- en schachtweerstand conform NEN 9997-1 (zie A 3430), uitgaande van zo goed mogelijk geschatte waarden van αp en αs; geschikte schattingen zijn:
    α
    p;voorl
    		=1,0
    β
    s;voorl
    		=0,010 voor zandlagen en
    α
    s;voorl
    		=0,300 voor silt/kleilagen
  • bepaal uit alle sonderingen samen de gemiddelde berekende waarden voor punt- en schachtweerstand
  • bepaal uit de resultaten van de proefbelastingen op het betreffende terrein de gemiddelde gemeten waarden van de punt- en schachtweerstand
  • bereken de gecorrigeerde waarde van de draagkrachtfactoren αp;gem en αs;j;gem uit de vergelijking van de berekende en de gemeten waarden van punt- en schachtweerstand
  • corrigeer de draagkrachtfactoren met een vermenigvuldigingsfactor β, die afhankelijk is van het aantal proefpalen op het betreffende terrein; in formule:
    αp = β · αp;gem en αs;j = β · αs;j;gem
    de waarde van β bedraagt:
      -bij één proefpaal β = 0,8
      -bij twee proefpalen β = 0,9
      -bij drie of meer proefpalen β = 1,0
Als bovenstaande bepalingen voor alle proefterreinen zijn gedaan, kunnen de definitieve, landelijk toepasbare waarden van de draagkrachtfactoren αp;def en αs;j;def worden bepaald. Dit geschiedt door vermenigvuldiging met een factor ψ, waarvan de grootte afhankelijk is van het aantal proefterreinen en de gevonden spreiding in resultaten tussen de proefterreinen. In formule:
αp;def = ψ · (Σ αp/N) en αs;j;def = ψ · (Σ αs;j/N)
waarin:
ψ = reductiefactor
N = aantal proefterreinen
De waarde van ψ is gegeven in figuur A 42-44.
Figuur A 42-44
Waarde van reductiefactor ψ
N ψ a) ψ b)
2 0,9 0,75
≥3 1,0 0,85
Voor de puntweerstand geldt dat als het maximale verschil tussen de αp-waarden groter is dan 10% van de gemiddelde waarde, de waarden van ψb) moeten worden gebruikt. Voor de schachtweerstand geldt dat als het maximale verschil tussen de αs;j-waarden groter is dan 10% van de gemiddelde waarde, de waarden van ψb) moeten worden gebruikt.
Voor op trek belaste palen verloopt de bepaling van de draagkrachtfactor αt;j analoog aan bovenstaande bepaling van αs;j met dien verstande dat:
  • de draagkracht op trek wordt berekend volgens NEN 9997-1 art. 7.6.3.3 (zie A 3450)
  • als het maximale verschil tussen de αs;j-waarden groter is dan 10% van de gemiddelde waarde, de waarden van ψb) moeten worden gebruikt.
Bepaling draagkrachtfactoren αp, αs en αt voor een bepaald project
Indien voor een bepaald project draagkrachtfactoren moeten worden bepaald, ligt het voor de hand een minder uitgebreide serie proefbelastingen uit te voeren. In de normbladen is hiervoor geen richtlijn gegeven. Volstaan zou kunnen worden met de hiervoor vermelde stappen tot en met de reductiefactor β. De aldus bepaalde draagkrachtfactoren zijn dan alleen geldig voor het betreffende project, zodat verdere reductie (met de factor ψ) achterwege kan blijven.
Dynamische proefbelasting
Met een dynamische proefbelasting kan op relatief snelle en goedkope wijze informatie beschikbaar komen omtrent de draagkracht van een paal. Bij deze proef wordt een klap op een geïnstrumenteerde paal gegeven. Dit kan bijvoorbeeld een heislag zijn of een klap van een valgewicht. Tijdens de klap kan een aantal grootheden worden geregistreerd met behulp van op de paalkop bevestigde versnellings- c.q. rekopnemers, zoals:
  • slagkracht van de klap
  • energie-afgifte in de paal
  • trek- en drukspanningen in de paalschacht
  • optredende verplaatsingen
  • centriciteit van het slaan.
De signalen kunnen op een beeldscherm zichtbaar worden gemaakt en op schijf worden opgeslagen ten behoeve van een nadere analyse.
Ter bepaling van de draagkracht van de paal wordt op basis van het sondeerbeeld een computermodel gemaakt van de paal en de omringende grond. De door de computer berekende snelheid van de paaldeeltjes bij de klap wordt vergeleken met de werkelijk optredende, gemeten snelheid, waardoor op iteratieve wijze een ijking plaatsvindt van het model. Door nu in het computermodel de dynamische effecten te elimineren kan het statische lastzakkingsgedrag worden benaderd.
In figuur A 42-45 is een voorbeeld gegeven van de proefresultaten.
Figuur A 42-45
Voorbeeld proefresultaten dynamische proefbelasting
[ link ]
De uitvoering van de proef en de interpretatie van de signalen vergt veel ervaring en deskundigheid op het gebied van de dynamica en de geotechniek en moet derhalve aan specialisten worden overgelaten.
Bij dynamische proefbelastingen spelen meer onzekere factoren een rol dan bij een statische proef. Hierbij moet onder meer worden gedacht aan:
  • niet-eenduidige meetsignalen
  • variatie in de interpretatie van de meetresultaten per persoon
  • afwijkingen in het computermodel ten opzichte van het werkelijke grondgedrag
  • omzetting van dynamische signalen naar statische waarden.
De nauwkeurigheid van de resultaten van dynamische proefbelastingen moet dan ook niet worden overschat, en voorzichtigheid is geboden bij het trekken van conclusies uit de metingen.
Men moet er voorts op bedacht zijn dat trekspanningen in de paal kunnen worden gegenereerd als gevolg van de klap. Met name bij in de grond gevormde palen kunnen hierbij problemen optreden. De wapening van deze palen is immers niet gedimensioneerd op heispanningen. Tevens kan het excentrisch treffen van de paalkop tot hoge spanningen en beschadigingen leiden.
Andersoortige proefbelastingen
Teneinde de voordelen van statische en dynamische proefbelastingen te combineren zijn en worden er speciale proeven ontwikkeld. In dit kader kan het zogenaamde statnamische proefbelasten van palen worden genoemd. Hiermee kan de statische paaldraagkracht worden benaderd op soortgelijke wijze als bij dynamische proefbelastingen het geval is. Er wordt echter geen klap op de paal gegeven. De spanningsgolf wordt bij deze methode in de paal geïntroduceerd door het lanceren van een reactiemassa vanaf de paalkop, door de ontbranding van een speciale brandstof in een cilinder. Ten opzichte van de dynamische proef wordt zo een lange belastingstijd gerealiseerd. De op de paal uitgeoefende kracht wordt geregistreerd met een drukdoos. De verplaatsing kan worden gemeten met behulp van een lasersensor, zodat de paal zelf niet behoeft te worden geïnstrumenteerd. Het benodigde gewicht van de reactiemassa bedraagt 5 à 10% van de te verwachten paaldraagkracht. De reactiemassa valt weer terug op de paal. Bij het omhoog bewegen van de massa is echter grind over de paalkop gestroomd, zodat de paalkop niet wordt beschadigd.
In figuur A 42-46 wordt het principe van deze methode weergegeven.
Figuur A 42-46
Principe statnamische proefbelasting (bron: TNO)
[ link ]
A 4280 Funderingsapparatuur
1. Inleiding
In dit hoofdstuk wordt aangegeven welke soorten inbrengmaterieel op de markt aanwezig zijn. Alleen de meest belangrijke en courante apparatuur wordt behandeld.
Voor het inbrengen worden een aantal methoden onderscheiden te weten:
  • heien
  • trillen
  • boren
  • indrukken
  • graven.
Elke methode kent haar specifieke apparatuur. Het overzicht in figuur A 42-47 vat dit samen.
Figuur A 42-47
Overzicht inbrengmaterieel
Methode Apparatuur Toepassing in hoofdzaak
Heien Valblok Houten palen
Prefab palen
Stoomblok Buispalen
Dieselblok Prefab palen
Buispalen
Hydraulische hamer Prefab palen
Buispalen (waaronder vibropalen)
Snelslaghamer Damwand
Kleine stalen palen
Trillen Trilblok Inbrengen en uittrekken van Damwand
Buispalen
Boren Boormotor Boorpalen/Schroefpalen
Rotator Boorpalen (met grote diameter)
Oscillator Boorpalen (met grote diameter)
Indrukken Silent Piler®/Pile Master® Damwand
Graven Grijper Diepwand
Barettes
Een aparte plaats wordt ingenomen door apparatuur die wordt gebruikt bij het maken van 'in de grond gevormde palen'. Hierbij wordt eerst een casingbuis voorzien van een tijdelijke voetplaat, in de grond geheid, die na het vullen met beton weer uit de grond wordt getrokken (zie deel B).
2. Apparatuur voor heien
In figuur A 42-48 is een overzicht gegeven van een gangbare heistelling met de benaming van de diverse onderdelen. Afgebeeld is een stelling met een hangende makelaar. In de praktijk worden ook stellingen met een staande makelaar, waarbij geen giek wordt gebruikt, veelvuldig toegepast.
2.1 Valblok met lier
Dit type blok wordt alleen ingezet bij licht heiwerk, zoals bij houten palen en slanke geprefabriceerde betonpalen. Het bestaat doorgaans uit een gietijzeren blok, gevat tussen twee houten ribben, zogenaamde scheien, die met moerbouten om het blok klemmen. Ter geleiding zijn aan weerszijden van het blok, tussen de scheien, stroken hardhout tegen het blok bevestigd. Figuur A 42-49 geeft een schematische doorsnede van een valblok.
Figuur A 42-48
Overzicht heistelling
[ link ]

Toen het gewicht van het valblok nog werd beperkt door de capaciteit van de bij het optrekken ingezette handarbeid, kon deze capaciteit alleen worden vergroot door een grotere valhoogte. De introductie van mechanische middelen (lieren) maakte het mogelijk veel grotere valgewichten omhoog te brengen, zodat de valhoogte beperkt kon blijven tot één à twee meter. In het algemeen is het beter om met een wat zwaarder gewicht van een kleinere hoogte te werken, dan met een licht gewicht van grotere hoogte. Het gewicht van het valblok varieert van 5 tot 15kN.Figuur A 42-49Schematische doorsnede traditioneel valblok

[ link ]
De voordelen van het valblok zijn:
  • eenvoudige constructie waardoor storingen tot een minimum worden beperkt
  • lage aanschafprijs
  • de slagenergie is tijdens het heien gemakkelijk aan te passen door de valhoogte te wijzigen.
Het blok wordt tot een zekere hoogte gehesen met behulp van een lier, waarna het een vrije val ondergaat. De hei-energie is door de instelling van de valhoogte goed regelbaar. Vanwege de beperkte capaciteit en de weinig efficiënte werkwijze (slaggetal van circa vijf slagen per minuut en rendementsverliezen) wordt dit bloktype minder vaak toegepast.
2.2 Stoomblok/persluchtblok
In principe is het stoomblok een gemoderniseerd valblok. De cilinder, die als slaggewicht dient, wordt door stoom omhoog getild en valt dan door zijn eigen gewicht op de muts, die op de paal rust.
De slagenergie is afhankelijk van het slaggewicht en de valhoogte van maximaal 1,25meter. De slagenergie kan worden geregeld door de valhoogte te wijzigen.
2.2.1 Werking
De stoom wordt toegevoerd via de stoomtoevoer (1) en stoomschuif (2) en komt door de holle zuigerstand (3) en de opening (5) in de bovenste cilinderruimte. Door de stoomdruk zal de cilinder (4) omhoog worden gedrukt. Zodra de cilinder de gewenste hoogte heeft bereikt, wordt de stoomschuif (2) gesloten en de klep (7) geopend. De stoom, die zich boven de zuiger (6) heeft verzameld, kan dan via klep (7) en uitblaasopening (8) naar de buitenlucht ontsnappen. Het gevolg is dan dat de cilinder omlaag valt. De zuiger en de zuigerstand bevinden zich ten opzichte van de teenbalk (10), die op de mutsvulling (11) steunt, in rust. Het neervallende cilinderblok (4) geeft zijn valenergie via de mutsvulling (11) en de heimuts (12) door aan de in te heien paal (13). Door de klep weer te openen wordt een nieuwe slagcyclus ingezet. De stoomtoevoer wordt door de stoomschuif (2) geregeld.
De stoomschuif (2) en de klep (7) kunnen zowel door een heitouw en heihandel, als door een automaat worden bediend. Door de stoomschuif korter te openen wordt de valhoogte verkleind, zodat lichtere slagen op de paal kunnen worden gegeven.
Figuur A 42-50
Principe van stoomblok
[ link ]
Bij de kleinere stoomblokken is het mogelijk om in plaats van het medium stoom gecomprimeerde lucht te gebruiken. De stoomketel wordt dan vervangen door een compressor.
Voor het zeer zware heiwerk (meestal in het buitenland) worden nog steeds stoomblokken ingezet. Gedacht kan worden aan het heien van grote diameter palen in de zeebodem ('offshore' werk). Er zijn dan ook stoomblokken ontwikkeld waarvan het slaggewicht een massa heeft van 1250kN. Het totaal blokgewicht bedraagt dan maar liefst 3900kN! In Nederland worden stoomblokken nog zelden toegepast. Soms worden stoomblokken aangedreven met perslucht in plaats van stoom.
2.3 Dieselblokken
Bij dit volautomatisch bloktype zijn in de arbeidscyclus vier fasen te onderscheiden, te weten:
  1. vrije val en compressie
  2. slag en verbranding
  3. uitlaat
  4. spoeling
De cyclus is schematisch weergegeven in figuur A 42-51.
Bij het vallen van het blok wordt de pomphefboom naar buiten gedrukt, waardoor brandstof onder een overdruk in de kom wordt gespoten. De lucht in de cilinderruimte wordt door het valblok gecomprimeerd, zodat het slagstuk en de muts vast op de paal worden geperst. In de tweede fase zal bij de heislag energie worden afgegeven aan de paal, terwijl tegelijkertijd de brandstof uit de kom van het slagstuk wordt verstoven en er in de hooggecomprimeerde lucht een zelfontbranding c.q. explosie optreedt. De explosie-energie wordt enerzijds overgebracht naar de paal en anderzijds gebruikt voor het omhoog stuwen van de zuiger (valgewicht). Bij het omhoog bewegen passeert het valgewicht in fase 3 de uitlaatpoorten. De uitlaatgassen kunnen ontwijken en de druk valt weg. Vervolgens ontstaat onder invloed van de verder omhoog bewegende zuiger een onderdruk in de cilinder, waardoor verse lucht via de uitlaatpoorten wordt aangezogen en een nieuwe slagcyclus kan beginnen.
Figuur A 42-51
Arbeidscyclus dieselblok
[ link ]
Uitgaande van een volledige verbranding van de ingespoten brandstof wordt door het blok een constante energie per slag geleverd, bestaande uit de slagarbeid en de op de compressie volgende explosie. Bij onvoldoende weerstand van de bodem kan echter geen volledige ontbranding plaatsvinden en wordt dus minder energie afgegeven aan de paal. De maximale energie-afgifte treedt op bij heiwerk in vaste lagen.
Het aantal slagen per minuut, het slaggetal, vormt een globale indicatie voor de effectiviteit van de slag. In figuur A 42-52 is deze relatie in de vorm van een grafiek weergegeven.
Figuur A 42-52
Globale indicatie van de relatie slaggetal-energieafgifte dieselblok
[ link ]
Door middel van een doseerbare brandstoftoevoer is de heienergie in zekere mate regelbaar. Een eenduidige, continue afgifte van de heienergie is bij een dieselblok echter nagenoeg niet realiseerbaar. Voor aanvullende aspecten hieromtrent wordt verwezen naar onderdeel C van dit gedeelte: 'Heispanningen'.
Bij de toepassing van dieselblokken moeten er maatregelen worden getroffen om vervuiling van de grond en de belendende gevels als gevolg van brandstofspatten te voorkomen.
Voor een overzicht van de specificaties van de gangbare dieselblokken wordt verwezen naar deel B van dit handboek.
2.3.1 Slagkracht
De slagkracht van het dieselblok is voor het grootste deel afhankelijk van de massa en de valhoogte van de zuiger. Afgezien van verliezen wordt deze kracht op de paalkop overgebracht. De slagkracht van het blok kan derhalve worden gewijzigd door de valhoogte van de zuiger te wijzigen. Dit geschiedt deels door de weerstand die de paal in de grond ondervindt, en door het blok zelf.
Een dieselblok met slagverstuiving regelt zijn slagkracht gedeeltelijk in relatie tot de weerstand die de grond tijdens het heien levert. Bij een grote weerstand tijdens het heien van een paal, verstuift de brandstof beter en geeft daardoor een betere verbranding. In het algemeen is dan de valhoogte groter. Bij dieselblokken met een regelbare pomp kan de hoeveelheid in te spuiten brandstof per slag meer of minder zijn. Hiermee kan ook invloed op de slagkracht van het blok (en dus op de valhoogte) worden uitgeoefend.
2.4 Hydraulische hamer
De ontwikkeling van hydrauliek in de laatste decennia geeft ongekende mogelijkheden voor heihamers. In een hydraulisch aggregaat (pompset) wordt hydraulische olie op hoge druk gebracht. De olie wordt via leidingen naar de hamer gevoerd. De hydraulische capaciteit is met name afhankelijk van de hoeveelheid olie die onder hoge druk kan worden rondgepompt. Dit wordt bepaald door de grootte van de dieselmotor en pompen in het hydraulisch aggregaat.
Figuur A 42-53
Een hydraulisch valblok
[ link ]
De hydraulische hamers zijn onder te verdelen in twee types:
  • Hydraulisch valblok
  • Hydroblok/Hydrohammer
De technische specificaties van de gangbare hydraulische blokken zijn opgenomen in het Documentatiedeel.
2.4.1 Hydraulisch valblok
Dit type heiblok is al wat langer op de markt. In principe werkt het als een gewoon valblok. Wat betreft uiterlijk lijkt het 't meest op een stoomhamer. De zuiger beweegt in een frameconstructie op en neer. Het belangrijkste kenmerk is dat de zuiger door middel van een hydraulische cilinder omhoog wordt gebracht, waarna het vrij valt.
Het voordeel van een dergelijk blok is dat het geluidsniveau relatief laag is en dat de valhoogte zeer nauwgezet te regelen is tijdens het heiproces. Het blok kan zowel geleid langs een makelaar, als vrijhangend in een kraan worden toegepast. Bekende voorbeelden zijn de hamers van Banut, BSP, Juntan en Menck.
2.4.2 Hydroblok®/hydrohammer®
Dit bloktype is in de jaren zestig door HBG ontwikkeld. Ook heeft HBG diverse hamers gebouwd en verkocht. Om een compleet beeld te krijgen van de evolutie van de hydraulische hamers wordt iets dieper op het HBG-concept ingegaan. Behalve bij een aantal bestaande hamers wordt het concept niet meer toegepast.
Figuur A 42-54
Principe van een hydroblok
[ link ]
Het blok is opgebouwd uit een geheel gesloten mantel die op de paalkop rust. Een voordeel van een dergelijke constructie is dat er onder water kan worden geheid zonder al te veel aanpassingen. Door middel van luchttoevoer wordt de toetreding van water tegengegaan.
Bij het offshore heien zijn diepten van enkele honderden meters geen uitzondering meer.
Het blok kan ook op palen van landheiwerken worden ingezet. De werking komt op stalen palen beter tot zijn recht dan op prefab betonpalen.
Het valblok wordt in principe hydraulisch versneld naar beneden gestuurd, dit in tegenstelling tot het hydraulische valblok. Hierdoor is toepassing van een relatief licht valblok mogelijk.
Het essentiële van het HBG-concept hydroblok is het valblok met ingebouwde buffer. Door variatie in de druk van de stikstof in de buffer is het mogelijk om een bufferkracht te kiezen die overeenkomt met de gewenste heikracht.
Bij de conventionele blokken (dieselblokken en dergelijke) is de slagkracht slechts gedurende een klein gedeelte van de slagduur groot genoeg om zakking te veroorzaken. De slagkracht loopt daarbij zover op dat gevaar ontstaat voor beschadiging van de paal. Bij het hydroblok kunnen de slagkracht en de slagduur worden geregeld.
IHC Hydrohammer heeft het hydroblok begin jaren tachtig verder ontwikkeld. Men is hierbij niet verdergegaan op het HBG-concept. De werking van het IHC-concept is eenvoudiger door het vervallen van de zwevende zuiger.
De werking van de IHC-hydrohammer
Het slaggewicht (1) vormt één geheel met de zuigerstang (2) van de aandrijfcilinder (9).
Via de slangaansluiting (6) komt olie onder de zuiger (2) van de aandrijfcilinder (9) om het slaggewicht (1) op te heffen.
Bij de neerwaartse slag wordt het slaggewicht extra bekrachtigd, resulterend in een versnelling van 2g. De maximale slag van één meter komt dus overeen met een valhoogte van twee meter.
Omdat de versnellingskracht op het slaggewicht onafhankelijk van de hydraulische werkdruk kan worden geregeld, is compensatie van eventuele verliezen van slagenergie bij het heien op grote diepte, eenvoudig mogelijk.
Het slaggewicht treft bij normaal heien de speciale slagplaat (10), die zonder mutsvulling direct op de stalen paal (11) rust.
Door gebruik te maken van de in de figuur aangegeven paalgeleiding (12) kan de hydrohammer zonder speciaal heiframe vrij op de paal worden geplaatst. De paalgeleiding wordt telkens aangepast aan de diameter van de te heien paal.
Bij het heien op land met een heistelling zijn op de mantel voorzieningen aangebracht voor het bevestigen van makelaargeleidingen. In die gevallen zal de paalgeleiding (12) niet worden gebruikt, doch zal met gebruikelijke paalmutsen worden geheid.
Bij het heien van betonpalen is ter bescherming van de betonnen paal een zachthouten mutsvulling op de paalkop vereist. Voor het uittrekken van ingeheide vibrobuizen heeft de hydrohammer de mogelijkheid omhoog te slaan.
Bij het omhoog slaan met de hydrohammer treft het slaggewicht de aanslag (13) onder de kleppenring (7).
De trekslag wordt vervolgens via de mantel en een koppeling tussen hydrohammer en paal op de paal overgebracht. Opgemerkt moet worden dat langdurig omhoog slaan desastreus voor het blok is (slijtage en scheurvorming).
Om deze reden zal het omhoog slaan tot het uiterste moeten worden beperkt. Kortstondig omhoog slaan om de vibrobuis los te maken zal snel over moeten gaan in korte snelle (hei)tikken en statisch trekken met de heistelling.
De in figuur A 42-55 afgebeelde hydrohammer is van het zogenaamde S-type. Deze worden hoofdzakelijk gebruikt voor stalen buispalen. Voor het heien van betonnen palen is de trefsnelheid op de paalkop te hoog (> 5m/sec).
Figuur A 42-55
Principe van de Hydrohammer
[ link ]
Voor het heien van betonnen palen heeft IHC het SC-type ontwikkeld. Door een aangepaste dimensionering (korter/dikker) is de trefsnelheid bij dit type onder de kritische grens van 5m/sec gebracht.
2.5 Snelslaghamer
De snelslaghamer bestaat uit een cilinder met een dubbelwerkende zuiger. De cilinder wordt bevestigd aan de paal of damwand. De zuiger werkt als slaglichaam, dat door middel van lucht- of stoomdruk snel op en neer wordt bewogen. Dit type blok wordt in ons land slechts bij weinig paalsystemen toegepast. Een uitgebreide bespreking blijft daarom achterwege.
Eén van de paalsystemen waarbij de snelslaghamer daadwerkelijk toepassing vindt is het 'Bovi-systeem'. Hierbij wordt een buis, voorzien van boorkop, grotendeels de grond ingeboord. De laatste halve meter wordt de buis afgeheid met een snelslaghamer. Deze hamer is regelbaar tussen 0 en 580 slagen/ minuut en heeft een maximale slagenergie van 2,7kNm. Na het vullen met betonmortel wordt de buis volgens het 'Vibro-principe' getrokken. De snelslaghamer slaat tijdens het trekken om de betonmortel te verdichten.
3. Trilblok
Het trilblok, ook wel vibrator genoemd, kan worden gebruikt als indrijfblok en als trekblok. Het is zeer geschikt voor heiwerk met een kleine puntweerstand, zoals damwanden en buispalen.
Het bewegende deel van het trilblok maakt kleine, op- en neergaande bewegingen. Omdat het blok door middel van hydraulische klemmen vast met de paal of de damplank is verbonden, maakt de paal die beweging mee. Niet alleen omlaag, maar ook omhoog.
Tijdens het trilproces komt de paal of de plank niet tot rust. De wrijving tussen element en grondlagen wordt daardoor zeer sterk verminderd. Hierdoor kan het element gemakkelijk in de bodem zakken.
De ervaring heeft geleerd dat de grootte van de op- en neergaande beweging (amplitude) aan een minimum is verbonden. Dit minimum hangt af van de grondsoort(en) die tijdens het intrillen worden gepasseerd én van de aard van de paal of damwand. Deze op- en neergaande beweging is meestal niet lager dan ongeveer 6mm per slag.
[ link ]

Figuur A 42-56Het intrillen van buizen voor een combi-wand

3.1 Principe van het trillen
De trillende beweging van het trilblok is schematisch als een sinuskromme weer te geven.
Figuur A 42-57
Trillende beweging in de tijd gezien
[ link ]
De maximale waarde van de verticale beweging ten opzichte van de horizontale tijdlijn noemt men de amplitude (A). Uit de figuur valt op te merken dat de beweging een periodieke beweging is. Dit wil zeggen dat de beweging zich herhaalt na een constant tijdsverloop.
De hoeveelheid tijd die verloopt tussen het begin van twee opeenvolgende bewegingen, noemt men de periode of de trillingstijd (T) van de trillende beweging.
3.2 Werking
De op- en neergaande beweging van het trilblok wordt opgewekt door middel van excentrieken. De excentrieken worden aangedreven door hydromotoren. Elektrische aandrijving komt heel sporadisch voor. Het trilblok is uitgevoerd met één paar of meerdere paren excentrieken. Elk paar bestaat uit twee evenwijdige assen met tegengestelde draairichting. Elke as is voorzien van een excentrisch geplaatst gewicht, 'het excentriek' genoemd.
Door draaiing van de excentrieken ontstaat een verticale trilling volgens het volgende principe:
Als twee excentrische gewichten van een trilblok met hetzelfde excentrisch gewichtsmoment in tegengestelde richting ronddraaien, zullen centrifugaal krachten ontstaan. De centrifugaalkrachten bij een trilblok werken samen in opwaartse en neerwaartse richting en oefenen zodoende een totale kracht uit, afwisselend omhoog en omlaag.
De verticale trilling die dan ontstaat, verloopt als een constante sinuskromme, zoals getekend in figuur A 42-58. Hieruit blijkt dat in horizontale richting de krachten elkaar opheffen (180 en 360°). Dit opheffen wordt veroorzaakt omdat de centrifugaalkrachten in horizontale zin tegen elkaar inwerken.
Figuur A 42-58
Krachtwerking tijdens een trillende beweging
[ link ]
Het trilvermogen is onder meer afhankelijk van:
  • Toerental: hoe meer omwentelingen de excentrieken maken, hoe hoger de frequentie.
  • Grootte van de verticale trilling die het trilblok doorgeeft (amplitude).
  • Gewicht van de excentrieken. Hoe zwaarder het excentriek, hoe groter het effect van elke trilling.
  • Bij gelijk blijvend vermogen geldt: hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de amplitude.
Conventionele vibratoren hebben een omwentelingssnelheid van 800-1600 omwentelingen/minuut. Hoogfrequente vibratoren hebben een veel hoger toerental, tot 3000 omwentelingen/minuut.
Gebleken is dat de grootte van de amplitude belangrijker is dan de omwentelingssnelheid. Vandaar dat grote trilblokken meestal niet zo snel draaien, omdat snel draaien een onnodig groot motorvermogen vraagt. De omgeving heeft meer last van een lage frequentie (eigen-frequentie object).
De belangrijkste onderdelen van een hydraulisch trilblok zijn:
  1. een gelijk aantal excentrische gewichten
  2. behuizing trilblok inclusief hydraulische motoren
  3. trekkop waarin aangebracht buffers voor het absorberen van trillingen
  4. één hydraulische klem of een set hydraulische klemmen.
Figuur A 42-59
Trilblok met hydraulische pompset
[ link ]
Een zeer belangrijk onderdeel van het trilblok is de kleminrichting, die het te verwerken element vast aan het trilblok bevestigt.
Er bestaan verschillende soorten kleminrichtingen voor het klemmen van pijpen, palen en profielen. Voor het klemmen van diverse typen damwand is een 'universele' klem ontwikkeld.
Figuur A 42-60
Klemrichting
[ link ]
De trekkop die met bouten aan het trilapparaat is bevestigd, bestaat uit twee gedeelten die met rubberen buffers flexibel aan elkaar zijn bevestigd. Deze trekkop voorkomt het voortplanten van de trillingen van het blok naar de kraangiek of makelaar.
De nadelen van het trilblok zijn:
  • Minder geschikt voor het heien van betonnen of houten palen, tenzij van kleine afmetingen.
  • Trillingshinder.
  • De grondomgeving wordt eerder verstoord bij inzet van een trilblok dan bij inzet van een heiblok. Dit geldt vooral in een kleiachtige bodemopbouw.
De voordelen van het trilblok wegen echter vaak ruimschoots tegen de nadelen op.
De voordelen zijn:
  • Damwanden, buizen en profielen worden snel de grond ingedreven en hetzelfde apparaat kan deze elementen ook weer uit de bodem trekken.
  • Damplanken, buizen en profielen worden bij het trillen en trekken minder beschadigd dan bij heien het geval zou zijn.
  • Voor het trillen zijn geen leiders of makelaar nodig, tenzij er schoor wordt geheid.
  • Het blok is betrekkelijk geluidsarm.
  • Bediening is eenvoudig.
3.3 Variabel moment
Een meer recentelijke ontwikkeling is het trilblok met 'variabel moment'. Zoals reeds vermeld, is één van de onvermijdelijke nadelen van een trilblok de trillingshinder. Met name bij het starten én stoppen van een conventioneel trilblok zijn de grondtrillingen het meest hinderlijk. Dit wordt veroorzaakt door zogenaamde 'kritische' trillingsfrequenties (lees: eigen-frequenties). Elk voorwerp dat in beweging wordt gebracht, is onderhevig aan trillingen en heeft derhalve te maken met eigen-frequenties. Een eigen-frequentie is die frequentie (toerental) waarbij de trillingen van het voorwerp enorm (vaak oncontroleerbaar) worden versterkt. Eigen-frequenties worden onder anderen bepaald door constructieve eigenschappen als stijfheid, gewicht en vorm. Als voorwerp kan ook worden beschouwd het samenspel van trilblok en grondomgeving.
Indien een trilblok opstart, en in trilling wordt gebracht, loopt het toerental van de excenters op van 0 tot maximum. Hierbij wordt één of meerdere malen een eigen-frequentie gepasseerd en zullen de trillingen extreem worden versterkt. Bij stoppen geldt hetzelfde maar dan omgekeerd.
Een trilblok met variabel moment heeft de mogelijkheid in zich om de positionering van de excentergewichten ten opzichte van elkaar zodanig te variëren dat trillingen met name bij starten en stoppen, maar ook tijdens het normale trilproces, nauwkeurig te regelen zijn.
Vóór het starten van het trilblok worden de twee parallelle rijen excentergewichten verplaatst in tegenovergestelde richting, ze staan hierbij in volledige balans ten opzichte van elkaar. Het statische moment is 0. Als gevolg hiervan wordt er tijdens het opstarten geen trilling (amplitude) bewerkstelligd. Wanneer de gewichten op volle snelheid zijn, worden ze versteld totdat óf het maximale excentrisch moment en daarmee de maximale amplitude wordt bereikt, óf het voorgeschreven maximale trillingsniveau (PPV) is bereikt.
Omdat het trilblok reeds een maximumfrequentie (toerental) heeft bereikt, is er van doorlopen van kritische trillingsfrequenties geen sprake meer. Hiermee is dus een nagenoeg trillingsvrij starten én stoppen mogelijk geworden.
Zowel ICE als PVE-Dieseko hebben dit type blok in hun leveringspakket zitten. In essentie is de werking van beide fabrikaten identiek.
Figuur A 42-61
Principe van trilblok met variabel moment
[ link ]
Zie B 6200 voor verdere gegevens met betrekking tot trilblokken.
4. Boorapparatuur
Er is een groot scala van boorapparatuur op de funderingsmarkt aanwezig. Dat varieert van apparatuur om te boren in zachte grond tot apparatuur om in rots te boren.
4.1 Boormotor
Het principe van de boormotoren die voor de verschillende toepassingen worden gebruikt, verschilt niet veel. De boormotor dient er eenvoudig gezegd voor te zorgen dat door een draaiende beweging een object in de grond verdwijnt. Dit object kan zijn:
  • avegaar of aanverwante boor
  • kellystang met graafemmer
  • casingpijp
  • rotsboorkop.
Boormotoren worden vaak gecombineerd met indrukinrichtingen.
Voor Nederland is vooral de stelling met een zogenoemde avegaarboorunit van belang. Het betreft dan boren in een zachte tot vaste bodemopbouw.
Op het boveneinde wordt de avegaar aangedraaid door de boormotor. De boormotor is via zogenoemde klauwen, beweegbaar aan de makelaar bevestigd en wordt via een hijsblok over de makelaarkop in de stelling opgehangen. Boormotoren worden meestal hydraulisch aangedreven. De indraaimomenten, die deze boormotoren kunnen afgeven, variëren globaal tussen 30 en 400 kNm.
Figuur A 42-62
Principe van een boormotor
[ link ]
[ link ]

Figuur A 42-63Boormotor

4.2 Rotator
Een rotator is een zeer zware boormotor die als een op zichzelf staande unit, grote boorbuizen (diameter 750-3000mm) in de, vaak rotsachtige, bodem kan draaien. Het draaimoment varieert van 1800 tot 4200kNm. Om de reactiekracht van het draaimoment op te vangen is de rotator via een arm bevestigd aan een kraan of hulppaal. Deze boorbuizen (casings) worden na inbrengen leeg gegraven, volgestort met beton en daarna weer uitgedraaid (getrokken).
[ link ]

Figuur A 42-64Rotator

4.3 Oscillator
Bij een oscillator is geen sprake van een 100% roterende beweging. De oscillator zorgt dat de stalen casing door heen en weer (± 25°) te bewegen en gelijktijdig te drukken in de grond wordt gebracht. Het uittrekken gebeurt op dezelfde wijze, maar nu door gelijktijdig te trekken. De oscillator zit met een reactiearm vast aan de kraan of een hulppaal om de reactiekrachten op te vangen. De heen-en-weerbeweging, alsmede de indrukkracht wordt gecreëerd door hydraulische vijzels. De casing zelf wordt ook hydraulisch ingeklemd.
De toepassing van de oscillator is in principe hetzelfde als van de rotator. Oscillators worden gebruikt voor casings in de diameter van 750 - 3000mm. De hierbij optredende draaimomenten variëren tussen 1000 en 8000kNm.
[ link ]

Figuur A 42-65Oscillator

5. Indrukken
In een omgeving met bestaande, meestal oudere gebouwen, kunnen trillingen funest zijn. Het inbrengen van een damwand met een trilblok wordt dan ook vaak uitgesloten door de opdrachtgever. Naast de trillingen kunnen beperkingen ook ingegeven zijn door geluidsoverlast. Voor dergelijke situaties is indrukken dan een oplossing. Twee fabrikanten zijn op dit gebied bekend. Beiden leveren een vergelijkbaar apparaat.
5.1 Silent Piler®/Pile Master®
Het apparaat klemt zich vast aan de in te brengen damwand en drukt deze naar beneden. De benodigde reactiekrachten komen van de reeds ingebrachte elementen.
Voor de eerste damwandplanken wordt meestal gebruikgemaakt van een startframe voorzien van ballast.
Figuur A 42-66
Inbrengmethode
[ link ]
De beperkingen van dit systeem zit met name in de maximale inbrengkracht. Hierdoor wordt het inbrengen van andere elementen als damwand snel begrensd.
Inbrengen van buispalen hoort ook tot de mogelijkheden, maar zal slechts zelden worden toegepast.
Voordelen:
  • trillingsarm
  • geluidsarm
  • self-supporting (geen heistelling nodig).
Nadelen:
  • relatief duur
  • traag
  • beperkte capaciteit.
6. Graven
De funderingstechniek waarbij graven wordt toegepast, wordt in Nederland steeds meer gebruikt. Bij het maken van diepwanden moet een sleuf worden gegraven ter dikte van de te maken wand. Een diepwand is in feite een betonnen wand, die tot zeer grote diepte kan worden gemaakt.
De grijperbreedte bepaalt uiteraard de breedte van de te maken sleuf. Grijpers zijn standaard te leveren in breedten van 0,35 - 1,5 meter.
In een gegraven sleuf wordt de beton ter plaatse gestort, nadat eerst een wapeningskorf is aangebracht. Een sleuf graven zonder hulpmiddelen tegen instorten is niet mogelijk. Door middel van een steunvloeistof (water-bentonietmengsel) wordt de sleuf verhinderd om in te storten.
Een relatief nieuwe ontwikkeling in Nederland is de toepassing van graaftechnieken ten behoeve van het maken van sleuven (meestal tot grote diepte) om verontreinigde gebieden te isoleren. In een gegraven sleuf wordt in een cement-bentonietmengsel een licht damwandprofiel of een folie ingebracht. Er moet worden gedacht aan diepten van 30 à 40 meter.
6.1 Grijpers
Het graven geschiedt met behulp van speciale graafbakken, welke de breedte van de te maken wand bezitten. Deze graafbakken kunnen zijn geleid aan een verticale, relatief stijve mast of kunnen vrij aan draden hangen. Het openen en dichtdoen van de grijpergedeelten van de graafbak geschiedt hydraulisch of via draden.
In figuur A 42-67 en 68 worden de twee typen grijpers weergegeven.
[ link ]

Figuur A 42-67Hydraulische grijper

[ link ]

Figuur A 42-68Draadgrijper