Heipalen

Handboek > Bepalen draagkracht van de paalfundering > Bepalen draagkracht van de paalfundering

Manier van aanbrengen

Bij de bepaling van de draagkracht van de paalfundering speelt de manier van aanbrengen een grote rol. Onderscheid wordt gemaakt tussen grond verdringende palen, zoals de geheide paal en de typen die met volledige of partiële grondverwijdering worden geïnstalleerd. Bij het laatste type zal de ontwikkeling van het draagvermogen met aanzienlijk grotere zakkingen gepaard gaan. In het ontwerp moet met deze extra zettingen dan rekening worden gehouden of moeten de belastingen beperkt worden.
Bepalen draagkracht van de paalfundering

Bepalen draagkracht van de paalfundering

Manier van aanbrengen

Bij de bepaling van de draagkracht van de paalfundering speelt de manier van aanbrengen een grote rol. Onderscheid wordt gemaakt tussen grond verdringende palen, zoals de geheide paal en de typen die met volledige of partiële grondverwijdering worden geïnstalleerd. Bij het laatste type zal de ontwikkeling van het draagvermogen met aanzienlijk grotere zakkingen gepaard gaan. In het ontwerp moet met deze extra zettingen dan rekening worden gehouden of moeten de belastingen beperkt worden.

Opbouw van het draagvermogen

Voor de draagkracht van de paal levert met name in het westen van het land de paalpunt, dat is de onderste volle doorsnede van de paalvoet, het grootste aandeel. Niettemin kan ook de schachtwrijving aanzienlijk bijdragen aan het draagvermogen. De opbouw van de grond speelt daarbij een belangrijke rol. In zandige lagen kan een kleine verplaatsing van de paal (enkele millimeters) al leiden tot een maximale schachtwrijving.

Positieve kleef

Resulteert de schachtwrijving in opwaarts gerichte krachten, dan wordt gesproken van een positieve kleef. Die opwaarts gerichte krachten kunnen (bijvoorbeeld in relatief dikke lagen van fijn zand) zo groot zijn dat het puntdraagvermogen van de paal geen rol meer speelt. In dergelijke gevallen spreekt men van ‘op de kleef’ geheide palen in tegenstelling tot wat
gangbaarder is: de ‘op stuit’ geheide paal. In het algemeen bepalen de puntweerstand en de positieve kleef tezamen het totale nuttige paaldraagvermogen.

Bij sommige bodemsamenstellingen kan de schachtwrijving ook resulteren in neerwaarts gerichte krachten ten ongunste van het nuttige draagvermogen. Men spreekt dan over ‘negatieve kleef’. De positieve kleef over het resterende deel van de schacht kan dan de negatieve kleef geheel of gedeeltelijk compenseren. 


pagina 40

Het eerste plaatje (links) laat de op de stuit geheide paal zien.

Het plaatje ernaast toont het draagvermogen gebaseerd op paaldraagvermogen en positieve kleef. 

De illustratie linksonder toont de op de kleef geheide paal.

De illustratie rechts laat de krachtenwerking zien bij zowel positieve als negatieve kleef. 

​

Paalzakking bij belasting op druk

Bij op druk belaste palen zal zakking optreden. Daarbij kan het gaan om de zakking van een enkele paal dan wel van een paalgroep waarbij dan nog zakkingsverschillen tussen palen onderling kunnen optreden. Oorzaken van zakking kunnen zijn: samendrukking van slappe lagen onder het paalniveau en verkorting van de paal door de belasting. Verticale verplaatsingen worden als regel vastgesteld met behulp van voor de betreffende paal of palen geldende last-zakkingsdiagrammen. Deze krommen zijn vastgesteld aan de hand van eerder uitgevoerde proefbelastingen.


Proefbelastingen

Zouden die empirisch vastgestelde last-zakkingsdiagrammen niet voorhanden zijn, dan kunnen proefbelastingen nodig zijn om het verband tussen de belasting en de paalkopverplaatsing te bepalen.

Evenwichtsdraagvermogen

Met behulp van de benadering zoals in de jaren veertig door ir. Koppejan ontwikkeld, wordt het evenwichtsdraagvermogen van de paalpunt vastgesteld. De gedachte hierachter is dat zich bij bezwijken een logaritmische spiraal vanuit de paalpunt ontwikkelt. Volgens deze benadering wordt het gewogen gemiddelde vastgesteld over een diepte van 0,7 D - 4 D onder de paalpunt en 8 D boven de paalpunt, waarbij D de (equivalente) diameter van de paalpunt is. Daarnaast spelen nog een rol de vorm van de paalpunt en bij een paal met een verzwaarde voet eventueel de verhouding tussen de diameter van de voet en die van de paalschacht. Voor de geheide, gladde, vierkante prefab betonpalen geldt dat de paalklassefactor, de paalvoetvormfactor en de vorm van de dwarsdoorsnede van de paalvoet alle de waarde 1 hebben. Als de paal niet heiend ingebracht wordt, kan een afwijkende manier van inbrengen van invloed zijn op het puntdraagvermogen. Hieronder een illustratie van de methode Koppejan.


De positieve kleef

De positieve kleef langs de omtrek van de paalschacht wordt over het algemeen gebaseerd op een bepaald percentage van de sondeerwaarde (as - waarde). Bij palen die met grondverdringing ingebracht worden, is dit percentage aanmerkelijk hoger dan voor palen zonder grondverdringing (avegaarpalen, boorpalen). Voor gladde prefab-betonpalen is het percentage in zand en grindhoudend zand 1,0.

De negatieve kleef

Negatieve kleef ontstaat wanneer de grondlagen een neerwaartse beweging ondergaan langs de paalschacht. Oorzaak kan de samendrukking van klei- en veenlagen onder invloed van een belastingsverhoging op het maaiveld of een verlaging van de grondwaterstand met als gevolg een verhoging van de korrelspanning zijn. Die verlaging kan zowel met het polderpeil als met de stijghoogte van het grondwater in het diepe zand te maken hebben.
Uit terreinmetingen is gebleken dat de negatieve kleef een aanzienlijke bijdrage kan leveren aan de totale belasting op de paal.

Zwelling en opheien

Bij ontgraving, bijvoorbeeld bij een bouwput, kan ontspanning van de grond optreden. Het resultaat wordt zwelling genoemd: de grond krijgt een groter volume dan voorheen het geval was. Voor het heien hoeft zwelling niet van invloed te zijn omdat de toestand van de grond al is gestabiliseerd voor er met het heien wordt begonnen. Getaxeerd dan wel gemeten moet worden hoe het verloop is van de opwaartse beweging van de grondslag met de diepte in relatie tot de paalverplaatsing. Het onderste verankerende deel van de paal moet dan meer weerstand kunnen bieden dan het bovenste.

Paalkopverplaatsing

De verplaatsing van de paalkop onder invloed van een belasting bestaat uit drie componenten:

  • de samendrukking van de onder de paalpunt gelegen lagen
  • de zakking van de paalkop door de verdringing van de grondslag rondom de paalpunt
  • de samendrukking van de paalschacht

De eerste component wordt benaderd met behulp van een zettingsberekening onder aanname van de relevante samendrukkingsconstanten.

Tweede component

De tweede component wordt beïnvloed door de puntweerstand en de positieve mantelwrijving. De mantelwrijving ontwikkelt zich bij relatief kleine ver vormingen (10 mm) de vervorming bij de paalpunt is afhankelijk van de afmetingen van de paalpunt. Dat betekent dat de vervorming voor een bepaald percentage van de grenspuntweerstand meestal groter is dan die voor een zelfde percentage van de mantelwrijving. Resumerend moet bij een bepaalde vervorming de som van de daarbij ontwikkelde puntweerstand en kleef gelijk zijn aan de totale opgelegde belasting. In het algemeen betekent dit dat de veiligheidscoëfficiënt voor de kleef kleiner is dan die voor de totale belasting die voor de punt is groter.

De rijzing van palen, belast op trek

Vooral bij palen die wisselend belast zijn op trek- en drukkrachten - de fundering van hoogspanningsmasten is een goed voorbeeld - kan de verplaatsing (in dit geval de rijzing) sterk toenemen als gevolg van een achteruitgang van de maximale schuifweerstand tussen paalschacht en grond. Bij grote onzekerheid kunnen alleen proefbelastingen uitsluitsel bieden. Een vermindering van de effectieve spanning in onderliggende grondlagen kan tot zwelling leiden met als gevolg dat palen als het ware op trek worden belast.

Groepswerking

Vorenstaande beschouwingen betroffen steeds de individuele paal. De meeste genoemde effecten worden beïnvloed als de palen niet alleen staan maar in een groep. De vraag rijst wat gedefinieerd moet worden als een groep. Dat hangt af van het beschouwde aspect.

groepswerking​​​​​​​

Belasting

Men kan in feite niet spreken van dé belasting. Vrijwel altijd is sprake van verschillende soorten belastingen, belastingsgevallen en -configuraties. Laatstgenoemde betreffen het samenspel van vrije belastingen en hun aan grijpingspunten, bijvoorbeeld naar aanleiding van invloedslijnen en/of -vlakken. In berekeningen wordt dus terdege rekening gehouden met wat belastingsgevallen worden genoemd, zoals wind of eigen gewicht van de bouwconstructie. Van belang is voorts de zogeheten vrije belasting die vrij, dus willekeurig, kan worden verdeeld over de bouwconstructie.

Horizontale belasting

Horizontale belastingen op palen kunnen afkomstig zijn uit de bovenbouw of uit de grondslag, bijvoorbeeld door eenzijdige ophogingen of nuttige belastingen. In het eerste geval kunnen de palen onder een helling aangebracht worden, waardoor het grootste deel van de horizontale belasting axiaal afgevoerd wordt. Bewust wordt hier gesproken van ‘het grootste deel’.

Analyse van vervormingen

Bij analyse van de vervormingen blijkt namelijk dat bij een geringe schoorstand van de palen, bijvoorbeeld 10 : 1 of 20 : 1, toch een aanzienlijk deel van de horizontale belasting in buiging door de paal opgenomen wordt. Overigens worden ook regelmatig palen in een poer onder een geringe helling geplaatst om de afmetingen van de poer te beperken. Schoorhellingen tot 3 : 1 zijn wel mogelijk, maar vragen speciaal aangepaste hei-apparatuur. Voor trekpalen van kademuren zijn zelfs palen onder een helling van 1 : 1 weggeheid. De palen worden op een speciale manier gehesen en door de makelaar ondersteund.

schoor heien palen voor windmolen​​​​​​​