Door het beton voor te spannen, kan de betonnen heipaal grotere trekkrachten opnemen. Hierdoor is de betonnen heipaal beter bestand tegen trekkrachten ten gevolg van opslag, transport en het heien.
Voor de standaard palen bepaalt de fabrikant de mate van voorspanning. Bij normaal gebruik, zoals beschreven in de verwerkingsvoorschriften van de fabrikant, is de voorspanning toereikend om de trekspanningen tijdens opslag en transport te weerstaan.
Heipalen zijn voor 95% voorgespannen. Dat betekent dat slechts enkele, voornamelijk korte en smalle heipalen traditioneel gewapend zijn.
Doorsnede voorgespannen paal
Wat doet voorspanning?
Bij voorgespannen heipalen is er na uitharding van het beton een permanente drukkracht in het beton. Door de krachten uit de voorspanstrengen is er een permanente drukspanning in het beton aanwezig. Dit heeft grote voordelen bij het opnemen van trekspanningen, zoals die kunnen ontstaan tijdens opslag, transport, heien en in het gebruikstadium. Wanneer een trekkracht op de heipaal aangrijpt, of trekkracht door buigend moment, dan leidt de trekkracht tot afname van de drukspanning in het beton ten gevolge van de voorspanning. Pas als de trekkracht grotere trekspanning levert dan de drukspanning van de voorspanning, ontstaat er trek in het beton.
Treksterkte van beton
Beton kan veel makkelijker druk weerstaan dan trek. De verhouding in sterkte tussen druk en trek is globaal een factor 10. In beton ontstaan eerst microscheurtjes en later scheuren wanneer de trekkracht op het beton groter wordt dan de treksterkte.
Voorgespannen heipaal
Voorspanning zorgt er als het ware voor dat de treksterkte van de betonconstructie wordt verhoogd met de voorspanning. Een voorgespannen heipaal kan dus meer trekkrachten opnemen dan een niet voorgespannen paal. Een andere methode om trekkrachten op te nemen, is het wapenen van de heipaal met zachtstaalwapening. Alleen in de kleinere maten zijn nog heipalen met zachtstaalwapening te verkrijgen.
Voorspanstreng
Voorspanstrengen is niet hetzelfde als een standaard wapeningstaaf. Voorspanstrengen hebben een veel hogere treksterkte en bestaan doorgaans uit 3 of 7 draden per streng. De afzonderlijke draden worden om elkaar (3-draads streng) of om een kerndraad (7-draads streng) geslagen.
Mate van voorspanning
De voorspanning in de heipaal wordt aangebracht met voorspanstrengen. Deze worden voordat het beton wordt gestort onder trek gebracht. Door de trekkracht rekt de voorspanstreng uit. Na het storten en uitharden van beton, wordt de trekkracht afgelaten. De voorspanstreng wil weer verkorten, maar wordt daardoor verhinderd door het omliggende beton. Gevolg is dat de voorspanstreng onder trek blijft en het beton onder druk komt te staan. Door de trekkracht te variëren kan de heipaal met een lagere of hogere voorspanning worden geproduceerd.
De mate van voorspanning is een onderdeel van het paalontwerp dat de fabrikant vooraf maakt. Doorgaans is de voorspanning 3 à 5 N/mm2. In bijzondere gevallen, zoals palen met een hoge trek- of buigbelasting, kan de heipaal van een hogere voorspanning worden voorzien. Dit geldt ook voor gevallen waarbij tijdens het heien grote trekspanningen in de heipaal worden verwacht. In overleg met de fabrikant kan dan de gewenste voorspanning worden bepaald.