4.5 Paalbelastingen en krachtsverdeling

Deze paragraaf geeft een beschrijving van het spanningsverloop in het metselwerk boven een gezonde houten paalfundering. De spanningen in het metselwerk zijn afhankelijk van de belastingen uit de bovenbouw en de daaruit volgende paalbelastingen. Bij funderingsherstel aan gemetselde panden op houten palen, daterend van tussen 1850 en 1945 worden in hoofdzaak de volgende funderingstypes aangetroffen, zie figuur 4-1 en A4600 in [4]:

De paalafstanden en kespafstanden liggen meestal tussen 1,0 en 2,0 m. Aanbevolen wordt de bestaande paalposities zo goed mogelijk in kaart te brengen door middel van archieftekeningen, funderingsonderzoek en eventueel nadere inspectie tijdens de uitvoeringsfase, zodat een goed beeld van de bestaande krachtsverdeling in het pand kan worden verkregen.

De paalbelastingen moeten worden berekend volgens de huidige voorschriften, zodat bij het maken van een herstelplan aansluiting kan worden gezocht met het veiligheidsniveau van de huidige regelgeving. Per paal respectievelijk paaljuk worden dan doorgaans belastingen gevonden variërend van 90 tot 150 kN en in extreme gevallen tot 200 kN per paal (rekenwaarde, zie bijlage B). De permanente belasting domineert ten opzichte van variabele belasting.

Volgens de huidige regelgeving zullen dergelijk hoge paalbelastingen meestal niet kunnen worden gedragen door houten palen. De veiligheidsmarge tussen werkelijke belasting en werkelijke bezwijkdraagkracht (sterkte) is bij oude gebouwen doorgaans namelijk lager dan bij nieuwbouw. Bij funderingsherstel zal daarom niet alleen een toename van de feitelijke sterkte maar meestal ook van het veiligheidsniveau van de fundering worden gerealiseerd.

Een goed functionerende fundering brengt de belasting uit de bovenbouw via boogwerking in het metselwerk over naar de palen (zie figuur 4-2).

Het metselwerk onder de denkbeeldige bogen draagt slechts in beperkte mate bij aan de krachtsafdracht. Wanneer de verticale afstand tussen de beganegrondvloer en de bovenkant van het paalhout gelijk is aan of groter dan de afstand tussen de palen of paaljukken, kan de boogwerking zich goed ontwikkelen. In sommige situaties is het metselwerk onder de boog dan ook geheel weggelaten, om zo een gewichtsbesparing mogelijk te maken, zie figuur 4-3 uit [5]. Dergelijke bogen beneden de laagste vloer worden spaarbogen genoemd.

De ontwerper van een herstelplan dient bedacht te zijn op situaties waarin in de muur boven het niveau van de beganegrondvloer grote sparingen aanwezig zijn, bijvoorbeeld voor deur- of raamopeningen (zie figuur 4-4). Hierdoor kan de boogwerking worden verstoord doordat de bovenbelasting niet gelijkmatig verdeeld is. Dit is met name het geval wanneer sparingen later zijn aangebracht zonder rekening te houden met de paalposities.

Het langshout zal bij een goede ontwikkeling van de boogwerking nauwelijks een functie als trekband hoeven te vervullen, met uitzondering van de posities op het uiteinde van de muur, waar de spatkracht uit de laatste boog niet wordt gecompenseerd door die uit een volgende boog. Het langshout kan ook niet altijd langs de volledige lengte trekkrachten opnemen, want het is in de praktijk soms opgebouwd uit één of twee lengtes hout met een naad ertussen (zie figuur 4-5).

Bij herstel van gebouwen met een betonnen fundering (figuur 4-6) zijn twee benaderingen mogelijk. Bij de eerste benadering wordt de betonbalk beoordeeld zoals dat tegenwoordig plaatsvindt: momenten en dwarskrachten worden dan door beton, langswapening en beugels opgenomen. Bij een tweede benadering zal de krachtswerking niet significant verschillen van die van een gemetselde fundering. Met name bij funderingen uit het begin van de 20e eeuw (vanaf circa 1920) verschilt de druksterkte van beton nauwelijks van die van metselwerk (Gewapend betonvoorschriften GBV 1912, Art. 22, waarin toe te laten betonspanningen van 4 à 6 N/mm² zijn vermeld), al is de breedte van de betonbalk soms wel wat groter dan dat van het bovenliggende metselwerk.

Bij vooroorlogse betonbalken kunnen vraagtekens worden gezet bij de aanwezigheid, kwaliteit en functie van de wapening. Aan de onderzijde is de dekking vaak onvoldoende en kan de wapening daardoor inmiddels zijn aangetast door corrosie. Beugels zijn soms afwezig. Incidenteel zijn staalprofielen ingestort als vorm van wapening.

Feitelijk kan zonder nader onderzoek niet veel meer sterkte aan dergelijke betonbalken worden toegekend dan aan een gemetselde fundering. Als onderzoek niet mogelijk is, kan een beschouwing van toename in spanningen tussen oude en nieuwe situatie soms zinvol zijn. In de praktijk wordt, gezien de kosten van onderzoek ter plaatse en vanwege de fasering van het project, veelal voor een conservatieve, veilige berekeningswijze gekozen. Biedt dit onvoldoende soelaas, dan is inspectie ter plaatse door de constructeur, gecombineerd met bemonstering en/of beproeving van beton en wapening, onontkoombaar.

Omdat gemetselde muren zich bij afwezigheid van grote sparingen als schijf gedragen, zal de verdeling van belastingen over de bestaande houten palen en ook over de nieuwe palen zich instellen als een functie van de (veronderstelde) veerstijfheid van de palen en de (veronderstelde) buigstijfheid in het vlak van de metselwerkschijf, zie bijlage B5. De resultaten van een berekening zijn sterk afhankelijk van de veronderstelde stijfheden, en moeten dan ook met de nodige voorzichtigheid worden gehanteerd. Een feitelijke beoordeling van de situatie ter plaatse (zoals scheurvorming) is hierbij nodig.

Voor de stijfheid van het metselwerk wordt verwezen naar bijlage B3. Bij twijfel over de te hanteren waarde voor de elasticiteitsmodulus moet zowel met een hoge als lage waarde worden gerekend, om de invloed op de herverdeling van krachten te kunnen inschatten.