Overzichtelijk heien 13 Vitrine: funderingspalen Vitrine: funderingspalen Overzichtelijk heien Funderingspalen: ze zitten onder de grond, je ziet ze niet en wellicht is het daardoor niet zo'n sexy onderwerp. Toch begint een goed gebouw in deze onzichtbare onderwereld. Ondergronds zit vaak al een heel woud van palen. Grote delen van Nederland hebben immers een weinig draagkrachtige bodem en daarom moeten we veel gebouwen funderen. De palen vormen de constructieve verbinding tussen het aardoppervlak en de draagkrachtige lagen op grotere diepte. Iedereen kent natuurlijk de geprefabriceerde betonnen hei- of boorpalen, maar hoeveel paalsoorten denkt u dat er zijn? Het zijn er veel meer dan u denkt. In dit artikel een overzicht. We nemen u mee naar de onderwereld. BFBN Marloes Kursten Marloes Kursten is master- student bouwtechniek en studeert af aan de Techni- sche Universiteit Eindhoven. Aan de faculteit Bouwkunde is momenteel een nieuwe funderingswijze in ontwikke- ling. De auteur onderzoekt hoe deze gecombineerd kan worden met de huidige paal- systemen. Overzichtelijk heien 14 Vitrine: funderingspalen Het eerste project in Nederland met zes heipalen van cement-ijzer vond plaats in 1907 onder Rijkstoezicht. De palen werden eerst met behulp van een spuittechniek in de grond gedreven, om ze vervolgens een halve tot een hele meter diep te heien. Alle palen bleken onder de grond te zijn ge- scheurd als gevolg van het heien. Tot in de eerste decennia van de twintig- ste eeuw ging de voorkeur dus nog uit naar houten palen, maar dan komt er langzaam een verschuiving op gang. De betonnen palen worden in die tijd nog op de bouwplaats gemaakt in verband met de beperkte transport- mogelijkheden van die tijd. Schokindustrie in Zwijndrecht is in 1934 de eerste die de palen in een overdekte ruimte gaat produceren. Tot in de zestiger jaren werden betonnen heipalen in de open lucht geproduceerd, maar het belang van beheersbare omstandigheden werd meer en meer ingezien. Tussen 1907 en 1950 is ruim ge?xperimenteerd met zowel de vorm van de heipaal als met de wapening. Tot het einde van de jaren vijftig werden alle betonnen heipalen traditioneel gewapend. Dat wil zeggen dat de paal werd gestort rondom een gevlochten wapening. Daarna doet de voorgespan- nen heipaal zijn intrede. Tegenwoordig is 95 procent van de geprefabri- ceerde betonnen heipalen voorgespannen. Vanaf de jaren zeventig breekt de prefab betonnen heipaal op grote schaal door. 95 typen palen De meeste mensen in Nederland kennen de geprefabriceerde betonnen heipaal, maar slechts weinig mensen weten dat er nog veel meer typen palen zijn. Het Handboek Funderingen noemt in totaal 95 verschillende typen. Een groot aantal werkt op eenzelfde manier, maar is van een andere leverancier en daardoor net iets anders. De 95 typen palen zijn grofweg in te delen in drie soorten: de geprefabriceerde palen (prefab palen), de in de grond gevormde palen en de combinatiepalen. De prefab palen worden in In het begin van onze woningbouw werd eigenlijk altijd een fundering op staal toegepast. Het woord `staal' betekent in dit geval`ondergrond'. Een fundering op staal betekent dus letterlijk een fundering rechtstreeks op de ondergrond. Er wordt gekozen voor een fundering op staal als de draag- krachtige laag zich niet dieper dan twee tot drie meter onder het maaiveld bevindt. Vroeger werden doorgaans goede, draagkrachtige plaatsen uitge- kozen, maar deze plaatsen werden steeds schaarser. Dus moest steeds vaker worden uitgeweken naar drassigere gebieden. Om hier te kunnen bouwen was een paalfundering noodzakelijk. Hier werden in het begin houten palen voor gebruikt. Om deze de grond in te krijgen werden er heitechnieken ontwikkeld. Dit begon met een heiblok dat door een grote groep mannen omhoog getrokken en vervolgens losgelaten werd. Om het ritme erin te houden zongen de mannen vaak een schunnig `heilied'. Pas toen de stoommachine zijn intrede deed, werd het mogelijk palen van veel grotere lengte en dikte te heien. Tot in de eerste decennia van de twintigste eeuw werden vooral houten palen toegepast. Ze waren goedkoop en ruim beschikbaar, maar de voor- naamste reden was dat er simpelweg nog geen goed alternatief bestond. De betonnen heipaal ontstond vanaf de ontdekking van het gewapend beton. Deze ontwikkeling startte in de tweede helft van de negentiende eeuw, maar was, zoals bij zoveel innovaties in de bouw, niet direct suc- cesvol. Fundering op staal (l) en fundering op palen (r) MARlOESKuRSTEN Holle heipaal www.jANSENZEEwOlDEBV.cOM Geschematiseerde werking van de geschakelde stalen buispaal uit de categorie stalen buispalen Geschematiseerde werking van de vibro-paal uit de categorie stalen hulpbuispalen VROOMFuNDERINgSTEcHNIEKENOOSTHuIZEN Overzichtelijk heien 15 Vitrine: funderingspalen Funderingspalen Prefab palen In de grond gevormde palen Combinatie palen Houten palen Pluspaal Holle heipaal Massieve heipaal Segmentpaal Energiepaal Virbo-paal, Vibrexpaal G.T.V.-paal Frankipaal HEKpaal, Fundex-paal Flu?datiepaal Stalen buispaal Geschakelde stalen buispaal Tubex-paal Mortelschroefpaal Buisschroefpaal Verbuisde schroefpaal Verbuisde buisschroefpaal Betonnen palen Vibro combinatiepaal Schroef combinatiepaal Stalen buispalen Stalen hulpbuis palen Avegaarpalen de fabriek gefabriceerd en vervolgens naar de bouwplaats getranspor- teerd. De in de grond gevormde palen worden in het werk, op de bouw- plaats gestort en de combinatiepalen zijn een combinatie van deze twee typen. Prefab Een prefab paal is bijna altijd voorzien van voorspanwapening, spiraalwa- pening en kopwapening. De hoeveelheid wapening komt voort uit het feit dat een paal getransporteerd, gehesen en geheid moet kunnen worden. Tijdens het hijsen treedt een buigend moment op en tijdens het heien moet weerstand geboden kunnen worden aan de trekgolven die daardoor in de paal ontstaan. De wapening dient dus met name voor het transport en het plaatsen en in mindere mate voor de krachten die erop werken als de paal eenmaal in de grond zit. De massieve betonnen heipaal is de bekendste funderingspaal en is inmid- dels gemeengoed, maar er zijn nog steeds ontwikkelingen gaande. Re- cente ontwikkelingen zijn de holle heipaal en de pluspaal. Met het oog op het milieu, de eindigheid van grondstoffen, de gewenste gewichtsbespa- ring en vermindering van het transport ontstonden recent nieuwe varianten op de klassieke massieve heipaal. Het binnenste van de heipaal heeft geen constructieve functie en zou daarom weggelaten kunnen worden. Bij de holle heipaal ? de naam zegt het al ? is een open kanaal aangebracht over de gehele lengte van de paal. Ter vervanging van de spiraalwapening in de kop van de paal worden staalvezels aan het beton toegevoegd waardoor de paal in staat is de spanningen op te vangen die tijdens het heien optre- den. Bij de pluspaal wordt in het lijf van de paal een kokervormig element van EPS in de paal ingestort. De kop en voet van de paal blijven daardoor massief en kunnen gewoon worden voorzien van spiraalwapening. Beide MARlOESKuRSTEN Geschematiseerde werking van de betonschroefpaal uit de categorie avegaarpalen Geschematiseerde werking van de Vibro-combipaal uit de categorie combinatiepalen 16 Vitrine: funderingspalen WINTER ZOMER AARDWARMTE palen worden door deze ingrepen zo'n 20 tot 35 procent lichter. Een ontwikkeling die op een andere manier met het milieuvraagstuk om- gaat, is de energiepaal. Deze paal dient behalve als fundering ook om warmte uit de bodem te halen of in de bodem op te slaan, vandaar de naam`energiepaal' (zie kadertekst). De houten heipaal is ook een vorm van een prefab paal, maar houten palen worden tegenwoordig nog maar erg weinig toegepast, onder andere om- dat ze gevoelig zijn voor een fluctuerende grondwaterstand. Als de palen constant onder water staan is dit geen probleem, maar als ze nat zijn ge- worden en er vervolgens zuurstof bij kan komen kan de kop van de paal gaan rotten waardoor de paal zijn dragende functie niet meer kan vervul- len. Een oplossing is het plaatsen van een betonnen opzetstuk bovenop de houten paal. Het beton kan het fluctueren van de grondwaterstand prima aan en het houten deel blijft zo constant onder water. In de grond gevormd Rond de jaren zeventig toen de geprefabriceerde betonnen heipaal zijn doorbraak kende, ontstond er ook steeds meer behoefte aan een trillings- en geluidsvrij alternatief, met name voor grote renovatieprojecten in oude stadskernen en werken nabij monumenten of ziekenhuizen. De normale heisystemen voldeden hier niet omdat ze schade aan de omliggende ge- bouwen konden veroorzaken en bovendien te veel overlast gaven. De in de grond gevormde paal deed daarom langzaam zijn intrede. Een andere re- den hiervoor is dat men bij het transport van prefab betonnen heipalen af- hankelijk is van transport over de weg. Voor langere palen is dit niet altijd een optie. In gebieden waar de draagkrachtige laag zich op wisselende diepte bevindt en veel verschillende paallengtes nodig zijn, is het ook inte- ressanter om voor in de grond gevormde palen te kiezen. De in de grond gevormde palen zijn er in vele soorten en maten. In dit artikel is ervoor ge- kozen de palen in te delen naar de manier van vervaardigen, de manier waarop de paal in de grond gevormd wordt. Er zijn dan drie categorie?n te onderscheiden; dat zijn de stalen buispalen, de stalen hulpbuis- of casing- palen en de avegaarpalen. De stalen buispalen De stalen buispaal is een paal waarbij een stalen buis, die aan de onder- zijde is afgesloten, in de grond wordt gebracht. Dit kan schroevend of hei- end gebeuren. Als de punt van de buis de gewenste diepte heeft bereikt, wordt gecontroleerd of de buis droog en vrij van verontreiniging is. Het boven het maaiveld uitstekende stuk buis wordt afgebrand waarna de buis kan worden gevuld met beton. Tot slot wordt de wapeningskorf in het ver- se beton geplaatst. Dit type paal komt ook voor in de geschakelde versie. Daarbij bestaat de buis niet uit ??n, maar uit meerdere delen. Deze delen worden ??n voor ??n de grond in geheid en door middel van las- of schroefverbinding aan elkaar bevestigd. Stalen buispalen worden vaak toegepast in slappe grondlagen of in situaties die moeilijk bereikbaar zijn of waar sprake is van een beperkte werkhoogte. De stalen hulpbuispalen De stalen hulpbuis- of casingpaal lijkt veel op de hiervoor beschreven sta- len buispaal, alleen wordt bij dit type paal de stalen buis na het plaatsen van de wapening en het storten van de beton weer uit de grond getrokken. De stalen buis doet hier dus dienst als tijdelijke bekisting. Omdat de stalen buis weer wordt verwijderd is het niet nodig de buis op de juiste hoogte af te branden. De buis wordt voor het plaatsen van een lossende voetplaat of punt voorzien. Deze blijft na het trekken van de buis in de grond achter en kan dus niet opnieuw worden gebruikt. De stalen buis daarentegen kan weer voor de volgende paal worden gebruikt. Dit type paal wordt toege- past als (zwaar)heiwerk niet toelaatbaar is en als verwacht wordt dat met boortechnieken vervuilde grond naar de oppervlakte wordt gebracht. Avegaarpalen Dit type paal wordt vervaardigd zonder gebruik te maken van een stalen buis. Bij dit type wordt gebruik gemaakt van een avegaar, een boor met een holle kern. Met deze boor wordt een gat geboord waarna de holle kern van de boor wordt gevuld met beton. Vervolgens wordt de betonkolom Energiepaal De energiepaal is een geprefabriceerde betonnen funderingspaal waar warmtewis- selaars (in de vorm van kunststof slangen) ingestort zijn. Deze warmtewisselaars maken onderdeel uit van een systeem dat gebruik maakt van de bodem als energie- bron en als energieopslagmedium. In de heipaal is een gesloten watercircuit opgeno- men. Het water dat hier doorheen stroomt staat in de zomer warmte af aan de bo- dem zodat het gekoeld wordt en in de winter neemt het warmte op uit de bodem zodat het verwarmd wordt. Zo wordt de tem- peratuur van de bodem over gedragen aan de verwarmingsinstallatie in het gebouw; of anders- om: overtollige warmte uit het gebouw wordt afge- staan aan (= opgeslagen in) de bodem. De pluspaal lijkt van buiten op een normale heipaal BETONSON Overzichtelijk heien 17Overzichtelijk heien Vitrine: funderingspalen Tremco illbruck, de innovator in efficiency, laat weer van zich horen. Dankzij het unieke DURATM PLATFORM heeft u als afnemer van isolerend glas de optimale efficiency in handen voor maximale kosten- en milieubesparing. Het productieproces is snel en eenvoudig met minder componen- ten en een fors hogere isolatiewaarde. Het DURATM PLATFORM draagt hierdoor ook bij aan de reductie van CO2 uitstoot, zoals erkend door de organisatie HIER.NU. Tremco illbruck maakt efficiency optimaal transparant. DuraTM Platform cre?ert de trend van glashelder rendement Tremco illbruck B.V. ? Postbus 20 ? 4240 CA Arkel Tel: (0183) 56 80 19 ? Fax: (0183) 56 80 10 info-nl@tremco-illbruck.com ? www.tremco-illbruck.com Met afstand de beste besparing a brand of De DURATM PLATFORM Warm-Edge technologie voor de beste Ug, Uf en psi waardes. onder druk gezet. De betonmortel in de kern wordt continue onder druk gehouden terwijl de avegaar in stilstand of licht rechtsomdraaiend omhoog wordt getrokken. Bij het omhoog trekken van de avegaar opent de punt zich en het beton vult het ontstane gat. Bij dit omhoog trekken van de avegaar wordt er grond naar boven gebracht. Dit type paal wordt toege- past als trillingen of geluid ontoelaatbaar zijn of als harde grondlagen wor- den aangetroffen waar prefab palen zouden kunnen breken. Inspectie Omdat ze in de grond gevormd worden, kunnen deze palen niet onderwor- pen worden aan een visuele inspectie. Toch kan het gebeuren dat er in- snoeringen of uitstulpingen ontstaan. Daarom worden de palen minimaal vijf dagen nadat ze vervaardigd zijn akoestisch doorgemeten. Dit gebeurt door middel van de `hamertje-tik-methode'. Een slag met een kunststof hamer op de kop van de paal zorgt voor een geluidsgolf in de paal. De schokgolf loopt door de paal in de lengterichting tot aan de paalpunt, weerkaatst daar en loopt weer terug tot aan de paalkop. De manier waar- op de geluidsgolf terugkeert geeft informatie over de kwaliteit van de paal. Combinatiepalen Tot slot is er nog de combinatie van de prefab paal en de in de grond ge- vormde paal, de combinatiepaal. Dit type paal wordt vooral toegepast bij infrastructurele werken. Bij dit type paal wordt een stalen buis met lossen- de paalpunt heiend of schroevend in de grond gebracht. Vervolgens wordt in deze buis, op de bodem, een smallere en kortere betonnen prefab paal geplaatst. De ruimte rondom de voet van het prefab paal wordt gevuld met grout, een mengsel van cement en water. Vervolgens wordt de stalen buis uit de grond getrokken, waarbij de paalpunt en het prefab element met groutvoet in de grond achterblijven. Het resultaat is een in de grond ge- vormde paal met de eigenschappen en kwaliteiten van een geprefabri- ceerde paal. Grondverdringend of -verwijderend De palen in dit artikel zijn ingedeeld in prefab en in de grond gevormde palen of een combinatie van beide. gekozen is voor een indeling naar wijze van vervaardigen van de paal, maar dit is niet de gangbare indeling. In NEN 6740 wordt het volgende onderscheid gemaakt: palen met een grondver- dringende inbrengmethode, palen die worden ingebracht met enige grond- verdringing en palen die met behulp van grondverwijdering worden inge- bracht. wat betekent dit? De inbrengmethode is van belang voor de draagkracht van de paal. Als er een methode wordt toegepast waarbij grond uit de bodem verwijderd wordt, dan treedt er grondontspanning op. Ter verge- lijk: als je een gat boort in een houten plank en daar vervolgens een spijker inzet, dan zit die spijker niet echt vast. Sla je de spijker daarentegen met een hamer in de plank, dan zit deze wel goed vast. Dit gebeurt in wezen ook bij het in de grond brengen van palen. Als de grond opzij gedrukt wordt, verdrongen wordt, dan oefent de grond meer druk uit op de paal dan als die paal in een geboord gat wordt gevormd. Vandaar dus de ter- men grondverdringend en grondverwijderend. Hoe meer druk de grond op de paal uitoefent, hoe groter de draagkracht van de paal is. Een beton- nen heipaal en beide type buispalen zijn voorbeelden van grondverdrin- gende technieken en de avegaarpaal is een voorbeeld van een grondver- wijderende techniek.