B 4200 Geprefabriceerde betonpaal

De geprefabriceerde betonnen paal neemt in Nederland nog steeds een groot marktaandeel voor zijn rekening. Vooral de voorgespannen paal wordt veelvuldig toegepast. In mindere mate wordt gebruikgemaakt van geprefabriceerde betonpalen met zachtstaalwapening. In geval van grote paallengte bestaat de mogelijkheid om de paal in segmenten in de grond te brengen. Hiervoor is een aantal koppelingsmogelijkheden beschikbaar.
In het verleden werden geprefabriceerde betonpalen regelmatig voorzien van een verzwaarde punt. Momenteel worden nagenoeg alleen nog gladde geprefabriceerde betonpalen toegepast vanwege onder meer:

Bij IJsselmeerbeton zijn standaard verzwaarde puntpalen leverbaar onder de benaming ecopaal. Dit betreft palen met een schachtafmeting van 250 mm of 290 mm met een paalpuntafmeting van respectievelijk 400x400 mm en 290/430 mm. De lengte van de verzwaarde punt bedraagt hierbij respectievelijk 0,9 m en 0,8 à 3,0 m. De term "eco" is gebaseerd op de bij dit paaltype mogelijke besparing in het materiaal beton terwijl voor de negatieve kleef een kleinere belasting kan worden aangehouden.

Geprefabriceerde betonpalen zijn met een aantal specifieke, projectafhankelijke voorzieningen te leveren, zoals:

Geprefabriceerde betonpalen kunnen worden gebruikt als warmtewisselaar. Dan is er sprake van zogenoemde energiepalen. Hiertoe worden kunststof buizen concentrisch in de palen ingestort. In deze buizen vindt in de gebruikssituatie van het gebouw circulatie van water plaats. In de winterperiode kan hiermee warmte aan de bodem worden onttrokken terwijl in de zomer juist warmte uit het gebouw kan worden afgevoerd naar de grond rondom de palen en zo een koeling kan worden bewerkstelligd. De funderingspalen vormen dan een geheel met het totale klimaatbeheersingssysteem van het gebouw.

Figuur B 42-1
Principe werking energiepalen

Het is bij een aantal leveranciers mogelijk om granulaat als toeslagstof aan het betonmengsel toe te voegen. In het algemeen wordt hierbij tot circa 20% van het grove toeslagmateriaal door betongranulaat vervangen. Men spreekt dan ook wel van ecopalen of eco-schokpalen (leverancier Schokindustrie). Dit moet niet worden verward met het eerder genoemde type ecopaal dat door IJsselmeerbeton op de markt wordt gebracht.

Om het snellen van palen te voorkomen levert een aantal fabrikanten palen met speciale kopvoorzieningen. Hiertoe worden gains in de paalkop aangebracht. De paal kan dan exact op de gewenste diepte worden geheid waarna de wapening in de gains worden verlijmd. De paal is dan 0,4 à 0,5m korter terwijl afhakken na het heiwerk niet meer nodig is. Deze palen worden daarom ook wel arbopalen genoemd.

Verder zijn er de laatste jaren holle geprefabriceerde, voorgespannen betonpalen op de markt gebracht. De benaming hiervan is niet uniform en verschilt per leverancier:

Voor nadere gegevens over holle betonpalen wordt verwezen naar B4310.

Tenslotte is er bij leverancier Beton Son een geschroefde geprefabriceerde betonpaal in ontwikkeling, de zogenoemde fluisterpaal. Deze paal heeft een achthoekige vorm en wordt voorzien van een gietijzeren schroefpunt. De paal wordt schroevend op diepte gebracht door het aanbrengen van een axiale druk en een draaimoment. Optioneel kan tijdens het schroeven grout worden geïnjecteerd via injectieopeningen in de boorpunt; dit ter vergroting van de draagkracht en smering tijdens het inbrengproces. Ook kan er een nainjectie plaats vinden bij de punt.

Hieronder worden de leveranciers en standaard materiaalgegevens van respectievelijk gladde voorgespannen palen, palen met zachtstaalwapening en geschakelde palen nader aangegeven, een en ander gebaseerd op de informatie van leveranciers. Bij de gekoppelde palen wordt hier niet ingegaan op gevallen waarbij sprake is van een beperkte ruimte. Deze specifieke systemen komen aan de orde in het gedeelte B4300.

In Figuur B42-3 is in alfabetische volgorde een overzicht gegeven van de leveranciers van geprefabriceerde betonpalen in Nederland en de producten die standaard kunnen worden geleverd. Voor verdere bedrijfsgegevens wordt verwezen naar C1400.

Figuur B 42-3
Leveringsprogramma fabrikanten

Het heiwerk van geprefabriceerde betonpalen kan door een groot aantal bedrijven worden verzorgd. Zie hiervoor de ledenlijst van de NVAF.

De paallengten, dwarsafmetingen en betonkwaliteiten die standaard zijn te leveren, zijn samengevat in figuur B 42-4.

Figuur B 42-4
Standaard afmetingen voorgespannen geprefabriceerde betonpalen

De palen worden in de regel uitgevoerd met betonkwaliteit C45/55 of C53/65. Ook levering met betonkwaliteit in C35/45 is bij een aantal fabrikanten mogelijk.

Deze palen worden niet door elke fabrikant standaard geleverd. De dwarsafmetingen die bij geprefabriceerde betonpalen met zachtstaalwapening standaard leverbaar zijn, komen overeen met die van de voorgespannen geprefabriceerde betonpalen; zie B4230. De kleinste dwarsafmeting bedraagt 220 × 220 mm. De maximale lengte van de palen moet in overleg met de betreffende fabrikant worden vastgesteld. In het algemeen worden alleen relatief korte palen toegepast.
Voor de betonkwaliteit wordt in de regel uitgegaan van C35/45.

Geschakelde palen zijn leverbaar met de dwarsafmetingen die zijn aangegeven in figuur B42-4. Het betreft hier alleen vierkante palen. De maximaal leverbare segmentlengte komt in principe overeen met de in genoemde figuur vermelde waarde. Uiteraard moeten bij de vaststelling van de maximale paallengte ook de randvoorwaarden vanuit de uitvoering van het heiwerk in beschouwing worden genomen.
De schakel-heipalen die Oudenallen levert, zijn voorzien van een stalen koppeling met stalen nokken en stalen bussen. Nadat de twee paalelementen op elkaar zijn geplaatst, worden vanaf de zijkant stalen pennen aangebracht, waardoor een goede aansluiting van de beide elementen wordt gecreëerd. De koppeling kan worden uitgevoerd als een viernoksverbinding of een achtnoksverbinding; zie voor een principeschets figuur B42-5.

Figuur B 42-5
Voorbeeld van een viernokskoppeling

De geschakelde palen van andere leveranciers (zie B4320) worden normaliter op de markt gebracht onder de benaming 'Herkulespaal'. De verbinding tussen de elementen komt tot stand door middel van een soort pen-en-gat-koppeling, waarbij een hechte aansluiting ontstaat door het paalelement een kwartslag te draaien ten opzichte van het al geheide paaldeel. Het principe van deze koppeling is weergegeven in figuur B42-6.

Figuur B 42-6
Koppeling Herkulespaal

a. Gehanteerde typen
Het type stelling dat wordt ingezet is afhankelijk van de situatie, de paalafmetingen en het beschikbare materieel bij de betreffende heifirma. In principe kunnen de volgende stellingtypen worden onderscheiden:

In figuur B42-7 zijn genoemde stellingtypen schematisch weergegeven.

Figuur B 42-7
Diverse stellingtypen

De genoemde heimachines zijn voorzien van rupsen. Voor een vergroting van het draagvermogen kunnen eventueel verbrede tracks worden toegepast.

In figuur B 42-8 is een overzicht gegeven van de gegevens van een aantal gangbare heistellingen. Dit overzicht is zeker niet compleet en dient slechts ter oriëntatie. Voor gedetailleerde informatie wordt verwezen naar specificaties van de betreffende hei-aannemer.

Figuur B 42-8 (voor een leesbaar PDF klik [ link ] ).
Overzicht gegevens van enkele gangbare heistellingen

b. Zwaarste onderdeel
Circa 0,30 à 1,00 MN, afhankelijk van het stellingtype.

c. Wijze van transport naar de bouwplaats
Dieplader.

d. Benodigd hulpmaterieel
Niet van toepassing.

e. Wijze van transport op de bouwplaats
Zelfverplaatsend materieel.

f. Maximaal begaanbare helling
1:10.

a. Toe te passen bloktypen
Geprefabriceerde betonpalen worden op diepte geheid, waarbij gebruik kan worden gemaakt van dieselblokken, hydraulische blokken en persluchtblokken. De benodigde capaciteit moet worden afgestemd op de paalafmetingen en de bodemgesteldheid.

3. Trillingsniveaus
Dit systeem kan niet als trillingsarm worden aangemerkt.

4. Geluidsniveaus
Tot maximaal circa 105 à 107 dB(A) op 10 m.

Genoemde waarden gelden voor geheide palen. Voor geschroefde systemen, zoals de Fluisterpaal, gelden andere, lagere paalklassefactoren. De grootte van de paalklassefactoren moeten hierbij worden vastgesteld op basis van proefbelastingen.

b. Aanvullende bepalingen bij berekening paaldraagkracht
Niet van toepassing.

c. Last-vervormingsgedrag
Overeenkomstig type 1 van NEN 6743-1 (figuur A 34-18 en A 34-19).

d. Belastingsspectrum
Tot maximaal circa 3.500 kN druk (rekenwaarde).

2. Wat wordt als paalpuntniveau aangemerkt?
Inheiniveau.

3. Mogelijkheden voor vergroting van de grondmechanische draagkracht
Niet van toepassing.

4. Mogelijkheden voor reductie van de negatieve kleef
Door het toepassen van een wrijvingsreducerende laag is een reductie van de negatieve kleef te bewerkstelligen. Hierbij kan worden gedacht aan bentoniet of een kunststof coating. Ook toepassing van een verzwaarde puntpaal kan de negatieve kleef beperken.

1a. Toepasbaarheid bij grote variatie in de bodemgesteldheid
Goed bij voldoende sondeeronderzoek. Bij het inbrengen van de palen worden kalendergegevens verkregen, waarmee een zekere controle kan plaatsvinden.

1b. Toepasbaarheid bij slappe bodemlagen
Bij zeer slappe bodemlagen is het goed mogelijk geprefabriceerde betonpalen toe te passen.

2. Mogelijke schoorstanden
Maximaal 3:1 à 4:1 achterover en 4:1 à 10:1 voorover, een en ander afhankelijk van het stellingtype.

3. Uitvoering in beperkte ruimten
Niet mogelijk. Wel in aanmerking komen de specifieke paalsystemen met kleine paalsegmenten, zoals omschreven in B 4300.

4. Minimale hart-op-hart-afstand in verband met uitvoering
In principe circa 2,25 à 2,5 maal de breedte van de paalvoet. De heibaarheid moet hierbij wel nader worden onderzocht, mede gelet op de mogelijke heiverdichting bij paalgroepen.

5. Minimale tussenafstand tot belendingen in verband met uitvoering
Minimaal circa 0,4 à 1,0 m. Indien de stelling een hoek moet maken met de gevellijn, moet rekening worden gehouden met een grotere afstand. Bij een kleine tussenafstand moet wel de mogelijke invloed van de uitvoering op de fundering van de belendingen worden onderzocht.

6. Mogelijke uitvoering vanaf open water
Uitvoering vanaf open water is goed mogelijk.

7. Geschiktheid als trekpaal
Geprefabriceerde betonpalen zijn in principe goed geschikt voor het opnemen van relatief grote trekbelastingen. De wapeningshoeveelheid en het voorspanniveau dienen op de belasting te worden afgestemd. Geschakelde palen komen in mindere mate voor toepassing in aanmerking vanwege de beperkte trekvastheid van de koppelingen. De paalkop kan worden voorzien van een profilering ten behoeve van de aanhechting met de bovenliggende constructie, bijvoorbeeld een vloer van onderwaterbeton.

De eisen met betrekking tot de vervaardiging, de kwaliteitsbewaking, de afmetingen en de keuringsmethoden voor geprefabriceerde betonpalen zijn geformuleerd in de norm NEN-EN 12794: 'Vooraf vervaardigde betonproducten - Heipalen'.
Ook de uitvoering van het heiwerk van geprefabriceerde betonpalen is genormeerd. In norm NEN-EN 12699: 'Uitvoering van bijzonder geotechnisch werk - Verdringingspalen' zijn in dit kader eisen opgesteld.
Verder zijn er de volgende beoordelingsrichtlijnen van het KIWA beschikbaar: