BASISCURSUS
GRONDMECHANICA
Draagvermogen van paalfunderingen
Paul Meireman
7 december 2016
georganiseerd door
Expertgroep Grondmechanica & Funderingstechniek
Ingenieurshuis, Antwerpen
COPYRIGHT © 2016 – ie‐net Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze publicatie mag worden gereproduceerd, opgeslagen in de computer, overgenomen onder gelijk welke vorm (elektronisch, mechanisch, magnetisch) of gefotokopieerd zonder de schriftelijke toelating van ie‐net ingenieursvereniging vzw,
Desguinlei 214, B‐ 2018 Antwerpen 1. Tel. : 03/260.08.40, E‐mail info@ie‐net.be, Website HTTP ://www.ie‐net.be
Elke auteur is verantwoordelijk voor de inhoud van zijn/haar teksten. ie‐net vzw wijst alle aansprakelijkheid af wanneer gebeurlijke foutieve
gegevens zouden leiden tot discussies of geschillen.
Paalfunderingen
ir Paul MeiremanGEO-Design
1
Wat zien we in de basiscursus• Wat is een paal.• types palen• belasting op palen• normen en eurocodes• berekening axiaal draagvermogen individuele paal• horizontale belastingen individuele paal• organische berekening (beton)• Varia (werforganisatie, rendementen, bleeding)
2
Wat gaan we niet bespreken• Details van de verschillende soorten palen
(uitvoeringscursus)• Paalgroepen: axiaal draagvermogen (gevorderden)• Paalgroepen: horizontaal draagvermogen
(gevorderden)• Proefbelastingen (gevorderden)• micropalen
3
Inleiding
4
inleiding: wat is een paal ?
Doel: het overdragen van de lasten in de diepte in een bodem met slechte eigenschappen
5
inleiding: wat is een paal ?
paal zool
6
inleiding: wat is een paal ?
7
Types palen
8
types palen
Invloedsfactoren op het paalgedrag : installatie
9
types palengrondverdringende palen
hoge zijdelingse drukken tegen paal,verdichting 10
types palengronduithalende palen
Lage zijdelingse drukken tegen paal, geen verdichting,
risico aanzienlijke ontspanning11
types palen
Basis van de paalclassificatie – NAD-EC7Gebaseerd op hun verschillend gedrag
groep type
1 grondverdringing
2 weinig verdringing of ontspanning
3 met grondverwijdering
4 micropalen12
types palen
Kallo – vergelijkende proeven
heipaal 0.6m boorpaal 0.6m
13
types palen
paalkopzakking
verdringingspaal
Paal met grond-verwijdering
10%D
- Bij zeer grote zakking: Ruverdr = Ruboor
- Bij bezwijkbelasting 10%D:Ru,verdr > Ru,boor
- Bij dienstlast: Rs,verdr > Rs,boorSverdr < Sboor
Sverdr.Sboor
RU
ver
dr.
RU
boo
r
Rs,
boor
Rs,
verd
r.
14
types palen
boorpaalgronduithalend
cfagronduithalend
atlasgrondverdringend
15
types palen
16
types palen
17
types palen
18
Grondverdr. Schroefpalen: problemen
19
CFA palen
Risico op over-uitgraving:Als schroef sneller draait dan penetratiesnelheid, dan is de CFA een soort van “Archimedes” pomp: opvoeren van grond naar boven
20
Boorpalen
21
Belasting op palen
22
Belasting op palen
AXIALE BELASTINGEN AFKOMSTIG VAN DE GEDRAGEN STRUCTUUR
DRUK:SCHACHTWRIJVING PUNTWEERSTAND
TREK: SCHACHTWRIJVING
NPAAL NPAAL
23
Belasting op palenAXIALE BELASTINGEN AFKOMSTIG VAN GRONDVERPLAATSINGEN:
NEGATIEVE KLEEF
NPAALFNEG
OPHOGING, OVERLAST
ZETTING
24
IN WELKE LAGEN POSITIEVE WRIJVING MEEREKENEN ?Eerst kijken of negatieve kleef kan optreden door zetting
van de slappe laag
Kan zetting ontstaan groter dan paalzakking? Ja: dan negatieve kleef
Zetting bv tgv bemaling, belasting op
MV
25
Belasting op palen
AXIALE BELASTING VEROORZAAKT DOOR RIJZING VAN DE GROND (ZWELBELASTING OP PAAL)
NPAAL
ZWEL DOOR UITGRAVING
ANDERE MOGELIJKE OORZAKEN
Chemische expansie (bv. gips)
Opstuwing tijdens uitvoering grondverdringende palen
26
Belasting op palen
TRANSVERSALE BELASTINGEN DOOR STRUCTUUR
passieve weerstand
MPAAL MPAAL
UITWENDIG MOMENTHORIZONTALE KRACHT
27
Belasting op palen
Aanvulling of asymmetrische bovenbelasting
28
Belasting op palen
uitgraving
29
Belasting op palen
30
Belasting op palen
31
Belasting op palen
32
Belasting op palen
33
Belasting op palen: invloed stijfheden
Paal ≠ vast puntBerekeningen met vaste punten overschatten de maximale paalbelastingen, onderschatten de momenten in de funderingsplaat of –balk en verhinderen het uitvlakken van belastingen.� Palen altijd simuleren met veren in programma’s zoals ESA Engineer.
34
Belasting op palen: invloed stijfheden
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
Lastenverdeling bij:slappe balk en vaste punten
slappe balk en dezelfde verenslappe balk en verschillende veren
stijve balk en vaste punten stijve balk en dezelfde veren
stijve balk en verschillende veren35
Belasting op palen: invloed stijfheden
• slappe balk en vaste punten
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
36
Belasting op palen: invloed stijfheden
• slappe balk en dezelfde veren (50MN/m)
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
37
Belasting op palen: invloed stijfheden
• slappe balk en verschillende veren (50-33-25-33-50MN/m)
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
38
Belasting op palen: invloed stijfheden
• stijve balk en vaste punten
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
39
Belasting op palen: invloed stijfheden
• stijve balk en dezelfde veren (50MN/m)
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
40
Belasting op palen: invloed stijfheden
• stijve balk en verschillende veren (50-33-25-33-50MN/m)
3,00 4,00 3,004,00
100kN/m
41
Belasting op palen: invloed stijfheden
samenvatting
rigiditeit en randvoorwaarden reactiekrachten buigmomenten
1 2 3 max min
Slappe balk en vaste punten 109 387 408 69 -138
Slappe balk en dezelfde veren 111 383 412 71 -141
Slappe balk en verschillende veren 111 385 409 74 -134
Stijve balk en vaste punten 134 359 412 142 -70
Stijve balk en dezelfde veren 280 280 280 727 -
Stijve balk en verschillende veren 366 242 183 1123 -
100kN/m
1 12 23
Stijfheid bovenconstructie en palen spelen een rol bij lastenverdeling
42
Normen en regelsBerekenen paalfunderingen
43
Palen: eurocodesNBN EN 1990: algemene richtlijnenNBN EN 1991: belastingenNBN EN 1992-1-1: algemene regels beton (2010)NBN EN 1997: geotechnische berekeningen
NBN EN 12699 (2001): uitvoering van verdringingspalenNBN EN 1536 (2010): uitvoering boorpalenNBN EN 14199: uitvoering micropalen
WTCB rapport 12-2009: Richtlijnen voor toepassing van de eurocode 7 in België
NF P94-262 (2012) Fondations Profondes44
Palen: eurocodes
WTCB rapport 12-2009: Richtlijnen voor toepassing van de eurocode 7 in België
45
Palen: eurocodesUitvoeringsnormen: bv uit EN12699 (2001)
46
Palen: eurocodesUitvoeringsnormen: bv uit EN1536 (2010)
47
Axiale belasting
48
Ter vervanging van:STS 21AOSOTB104Rapport 12 (WTCB)
49
Wat staat er in het nieuwe rapport ?
�Partiële veiligheidsfactoren
�Valorisatie grondonderzoek
�Valorisatie bestaande systemen� monitoring uitvoering� geïnstrumenteerde paalbelastingsproeven
�Kader ontwikkeling nieuwe systemen� geïnstrumenteerde paalbelastingsproeven
�Axiale druk en trek.
�Extra verduidelijkingen grondonderzoek ennegatieve kleef
50
Bepaling van het draagvermogenvan een axiaal op druk belaste paalop basis van CPT-resultaten
volgens eurocode 7
Fc,d � Rc,d
51
Rekenwaarde van de belastingenFc,d = Fc,rep * �F
EN 1990
EN 1991 (Eurocode 1)
52
Rekenwaarde van de belastingen
53
Rekenwaarde van de belastingen
54
Rekenwaarde van de belastingen
55
Rekenwaarde van de belastingen
EN 112699 verdringingspalen
EN 1536 Boorpalen EN 1991 (Eurocode 1)
56
Rekenwaarde van de weerstand
����Rd ��� �b �s
correlatiefactor
stijfheid v/d structuur,uitgebreidheid v/h grondonderzoek,
spreiding v/d grondkarakteristieken :
v/d reële weerstandenbetrouwbaarheid v/h model : t.o.v. de karakteristieke waarden :
modelfactor weerstandsfactoren
Rb,d + Rs,d = Rc,d
berekeningsmethode kans op ongunstige afwijkingen
resultaten Rb,i en Rs,i Rb,cal,i en Rs,cal,i Rb,k + Rs,k = Rc,k
1 reken-CPT waarden waarden waarde waardeN N berekende N gecalibreerde 1 karakteristieke
57
Rekenwaarde van de weerstand
berekeningsmethode
N berekendewaardenRb,i en Rs,i
NCPT
resultaten
58
Rb,i en Rs,i (puntweerstand en wrijving)
Sondering is « modelpaal » :
Rekenregels :gemeten weerstanden omzetten naar punt- en schachtweerstanden.
Rekening houden met de verschillen tussen de sondering en de werkelijke paal :
� afmeting conus �� afmeting paal� vorm conus �� vorm paal
� materiaal conus �� materiaal paal (wrijving)� sondering is grondverdringend inbrengen
59
Sondering met mechanische conus : conversiefactor
of conversiefactor bepaald uit vergelijkende proeven op de site
conversiefactor toe te passen op qc
60
Sondering : invloed van uitgravingen
61
Sondering : invloed van uitgravingen
vb bouwput van 50x40m², uitgraving 10m, sonderingen van bovenaf
62
� qb : eenheidsdraagvermogen v/e verdringingspaal met diameter Db,eqrekenmethode : De Beer
� Ab : oppervlakte v/d paalbasis
� �� : reductiefactor voor palen met verbredebasis die ontspanning v/d grond rond de schacht veroorzaakt tijdens hetinstallatieproces
cf. paalfiches !
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Rb = �b . �b . . � . Ab . qb
qc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15diepte (m)
qb
63
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Definitie paalpuntniveau en paalbasisdiameter :
"Het niveau van de paalpunt wordt gedefinieerd als het laagste niveauwaarop de paalbasis zijn volledige sectie heeft. Merk op dat voor sommige paaltypes het paalpuntniveau niet overeenstemt met de
fysische onderkant van de paal"
Db
Paalpuntniveau
Dbcfr. paalfiches ! 64
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Definitie equivalente paalbasisdiameter :
��
�ba4Db,eq
�
�2
b,eqa6D
• Voor de bepaling van qb, �b en �• wordt een equivalente paalbasisdiameter Db,eq ingevoerd :
�voor een cirkelvormige sectie : Db,eq = Db
�voor een vierkante of rechthoekige sectie :
indien b � 1.5 a
indien b > 1.5 a
�voor een I-profiel of damplank :
�voor een open buispaal, situatie zonder propvorming :
�voor een open buispaal, situatie met propvorming : Db,eq = Db
�
2
b,eqe6D e
�
2
b,eqe6D e
cfr. paalfiches !
ba
65
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Definitie paalbasisoppervlakte :
4DA
2b
b�
�
4DA
2b
b�
�
De paalbasisoppervlakte Ab wordt voor de verschillendepaalbasisvormen als volgt bepaald :
�voor een cirkelvormige sectie :�voor een vierkante of rechthoekige sectie : Ab = a*b
�voor een I-profiel of damplank : Ab = de staalsectie
�voor een open buispaal, situatie zonder propvorming : Ab = staalsectie
�voor een open buispaal, situatie met propvorming :
Cf. paalfiches !66
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Waarde reductiefactor�� :
� palen met een verbrede basis die op diepte gevormd wordt : � = 1.00
� palen met een geprefabriceerde verbrede basis waarbij Db,eq < Ds + 5 cm � = 1.00
� alle andere palen met geprefabriceerde verbrede basis :
0,7
0,8
0,9
1,0
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0
Db,eq²/Ds²
�
schroefpalenmet schacht
in plastisch beton
andere paaltypes
cf. paalfiches !
67
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15diepte (m)
� : vormfactor niet-cirkelvormige palen1 + 0.3 a/b
1.3� �b : schaalfactor gescheurde
O.C. Tertiaire klei1 – 0.01 (Db,eq / Dc – 1),maar steeds > 0.476
� �b : installatiefactorempirische factor, afgeleid uit statischepaalbelastingsproeven - effect uitvoeringsmethode
cf. paalfiches !
Berekeningsmethode voor het puntdraagvermogen :Rb = �b . �b . . � . Ab . qb
qc
qb
68
69
•70
71
HISTORISCH TWEE METHODEN :
1. Methode van de totale wrijvingMechanische sonderingVeel spreiding
2. Lokale wrijving afleiden uit conusweerstand (qc)Nu: de standaard
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :
72
Spreiding totale wrijving –Wrijving afleiding uit conusweerstand: (17 sonderingen)
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :
Palen aangezet op -10.8mSpreiding totale wrijving: 150kN � 850kNSpreiding wrijving afgeleid uit conusweerstand: 482kN � 742kN
•73
� qs,i = *p,i * qc,i
� qc,i : conusweerstand in laag i� *p,i grondtype-afhankelijke parameter ;
vertaalt qc naar eenheidswrijving� �s : omtrek paalschacht� hi : dikte laag i� �s,i : installatiefactor
empirische factor, afgeleid uit statischepaalbelastingsproeven, die de invloed van de installatiemethode en van de aard van de schacht invert
� Indien alternerende belasting (druk-trek) extra reductive met factor 1,33
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :Rs = ��s . � (�s,i . hi . qs,i )
•qc
• *pi
74
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :Waarde *p :
75
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :grondsoort :
Uit kennis van de ondergrond (boorstaten, ervaring, enz)Op basis van wrijvingsgetal van een sondering met plaatselijke kleef
elektrische conus mechanische conus 76
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :grondsoort :
FUGRO elektrische conus
77
Berekeningsmethode voor het schachtdraagvermogen :Definitie paalschachtomtrek :
De paalschachtomtrek �s wordt, afhankelijk van het inbrengsysteem,gelijk genomen aan de omtrek van de nominale sectie, de buitenomtrekvan de voerbuis, de max. buitenomtrek van het teruggetrokkensysteem,…
�voor I-profielen en damplanken : de totale omtrek van de staalsectie
�voor open buispalen, situatie zonder propvorming :de som van de binnen- en buitenomtrek van de buis
�voor open buispalen, situatie met propvorming :de buitenomtrek van de buis
�voor schroefpalen met schacht in plastisch beton : de maximalebuitenomtrek van het teruggetrokken systeem (buis ofverdringingsboor) – de in rekening te brengen breedte van de flenzenbedraagt maximum 10 cm (bv. 36/56)
cf. paalfiches !
paalschachtomtrek
78
Rekenwaarde van de weerstand
����Rd
N N berekende N gecalibreerdeCPT waarden waarden
resultaten Rb,i en Rs,i Rb,cal,i en Rs,cal,i
berekeningsmethode
betrouwbaarheid v/h model :modelfactor
79
Calibration of Rc
0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
sb/Db [%]
Q/R
c [-]
Qgemeten = Rc : ULS ?
Modelfactor
80
Rc,cal = Rc / �Rd
�Rd wordt bepaald per paaltype opdat berekening een veilige aanname zou zijn
Modelfactor
81
Rekenwaarde van de weerstand
����Rd ���
correlatiefactor
stijfheid v/d structuur,uitgebreidheid v/h grondonderzoek,
spreiding v/d grondkarakteristieken :
betrouwbaarheid v/h model :modelfactor
berekeningsmethode
resultaten Rb,i en Rs,i Rb,cal,i en Rs,cal,i Rb,k + Rs,k = Rc,k
N N berekende N gecalibreerde 1 karakteristiekeCPT waarden waarden waarde
82
Karakteristieke waarde wordt bepaald door :� Uitgebreidheid grondonderzoek : sondeerdichtheid
CPT's representatief voor beschouwde terrein !� Spreiding grondkarakteristieken : minimum tov gemiddelde� Stijfheid structuur : constructie al dan niet voldoende stijf om krachten v/e paal
in een zwakkere zone over te dragen naar naburige palenstijve structuur : slappe structuur :
Richtlijn : stijve structuur indien bij het wegnemen van één paal in de berekening, zetting op die plaats < 5 mm
Karakteristieke waarde van de weerstand
83
Correlatiefactor� � � �
��
���
��
���
���
4
mincal,c
3
gemiddeldcal,ck,c
R;
RminR
interpoleren voor tussenliggende waarden
CPT i/d as v/d paal of op max. 3 Db : �3 = �4 = 1.08
mits verantwoording (statistische analyse,…) mogen andere waarden toegepast worden
(zie gevorderde cursus)
84
� �3Rd
mean,smean,b
3Rd
mean,c
3
meancal,ck,c
RRRRR
����� ��
��
�� OF � �4Rd
*s
*b
4Rd
min,c
4
mincal,ck,c
RRRRR
����� ��
��
��
Rc,i,cal = Rc,i / �Rd = Rb,i / �Rd + Rs,i / �Rd
� � � ����
���
�4
mincal,c
3
meancal,ck,c
R;
RminR
��
85
Rekenwaarde van de weerstand
����Rd ��� �b �s
correlatiefactor
stijfheid v/d structuur,uitgebreidheid v/h grondonderzoek,
spreiding v/d grondkarakteristieken :
v/d reële weerstandenbetrouwbaarheid v/h model : t.o.v. de karakteristieke waarden :
modelfactor weerstandsfactoren
Rb,d + Rs,d = Rc,d
berekeningsmethode kans op ongunstige afwijkingen
resultaten Rb,i en Rs,i Rb,cal,i en Rs,cal,i Rb,k + Rs,k = Rc,k
1 reken-CPT waarden waarden waarde waardeN N berekende N gecalibreerde 1 karakteristieke
86
Rc,d = Rb,k / �b + Rs,k / �s
garantie op de kwaliteit van de uitvoering van de paal ?--> goedgekeurd kwaliteitsplan --> uitvoeringscertificering
Rekenwaarde van de weerstand
87
TOEPASSING van TREKPALEN en bijhorende ONTWERPSITUATIE in EC7
1. Structuren die evenwicht vinden onder bepaalde belastingscombinaties doortrek: STR/GEO ontwerpsituaties
• Masten
• Kademuren
• Landhoofden
2. Structuren onderworpen aan (water)drukken hoger dan hun gewicht: UPL ontwerpsituaties
• Open toeritten
• Waterreservoirs
• Onderwaterbetonvloeren
UGT Trekpalen
88
OPTREDENDE MECHANISMEN
1. TREKWEERSTAND VAN DE INDIVIDUELE PAAL
De schachtweerstand van elke paal moet groter zijn dan de optredende trek aan de paalkop
BEREKENING VAN HET DRAAGVERMOGEN IN
TREK VAN ELKE INDIVIDUELE PAAL: SCHACHTWRIJVING
UGT Trekpalen
89
OPTREDENDE MECHANISMEN
2. GEWICHT VAN DE « UITGERUKTE MASSA » MOET TREK WEERSTAAN
Het gewicht van de weerstandbiedende massa moet groter zijn dan de optredende trek = criterium kluitgewicht
BEREKENING VAN HET EVENWICHT
TUSSEN DE OPTREDENDE TREK
EN HET GEWICHT VAN DE BETROKKEN
GRONDMASSA
UGT Trekpalen
90
1 TREKWEERSTAND VAN DE INDIVIDUELE PAAL
1. De trek van een bovengelegen deel van de paal vermindert de korrelspanning dus ook
de wrijving op ondergelegen deel van de paal
De wrijvingsweerstand in trek is kleinerdan de wrijvingsweerstand in druk
Neem hiervoor factor 1,25
�’h
�’v
UGT Trekpalen
91
1 TREKWEERSTAND VAN DE INDIVIDUELE PAAL
2. Bij alternerende belastingen druk-trek, steltmen een verlaging van de wrijvingsweerstandtov situatie met uitsluitend trek of druk vast.
Controleer of belastingswisselingoptreedt in GGT en voer in dit gevalnog een bijkomende factor in tovstatische wrijving
Neem hiervoor factor 1,33
Omkering van de hoofdspanningen veroorzaakt altijd ongunstige effecten (herschikken korrels, « vermoeiing »…)
Belasting kan > 0 en vervolgens < 0
�’h
UGT Trekpalen
92
1 TREKWEERSTAND VAN DE INDIVIDUELE PAAL: REKENREGEL ter BEPALING VAN Rk
1 Check of de karakteristieke waarden van de belastingscombinaties permanent trek of alternerenddruk-trek kan zijn
! Indien twijfelgeval: evalueer aandachtig de combinaties, inachtname « zeldzaam, frequent… »
2 Bereken schachtwrijving volgens methode en coëfficiënten voor drukpalen en corrigeer
1 Bij niet alternerende belasting:
Rktrek = ����s/(1.25) *qc / s * X
2 Bij alternerende belasting:
Rktrek = � �s / ((1.25) *1.33) * qc / s * X
UGT Trekpalen
93
2 KLUITGEWICHTVerhinderen dat de paal samen met een volume grond uit de omgevende grond wordt getrokken.
UGT Trekpalen
94
UGT Trekpalen
�Rd = 1,495
(Nog) niet opgenomen in de richtlijnen :
• controle van het funderingselement op zich volgens Eurocode 2 voor betonnen palen, Eurocode 3 voor stalen palen
• controle van de zettingen• belastingen, andere dan axiale druk en trek• draagvermogen van paalgroepen• draagvermogen van “piled raft foundations”• controle op doorponsen slappere grondlagen
96
Projectgegevens :
� Oppervlakte : 20 x 45 m²
� Palen diameter 50cm: boorpalen, heipalen, schroefpalen, CFA met betondruk
� Grondonderzoek :
3 elektrische CPT's, verdeeld over de oppervlakte van het gebouw
� Uitgraving na uitvoering grondonderzoek : 1 m
� Vertikaal: P = 1000kN; Q = 750kN (kantoorbelasting)
� Horizontaal: H = 100kN (wind)
� Moment: M = 800kNm (wind)
Voorbeeld
97
Belasting volgens eurocode:� Rekening houden met 10cm mogelijke excentriciteit per paal� Partiële combinatiefactoren �0 (0.7 voor wind- en kantoorbelasting)� Fundamentele belastingscombinatie: maximale axiale belasting:
DA1/1:kantoorbelasting: Nmax.1 = 1.35x1000kN/2 + 1.5x750kN/2 + 1.5x0.7(800kNm/1.3m) = 1884kNwindbelasting: Nmax.2 = 1.35x1000kN/2 + 1.5x(800kNm/1.3m) + 1.5x0.7x750kN/2 = 1992kNDA1/2kantoorbelasting: Nmax.1 = 1x1000kN/2 + 1.1x750kN/2 + 1.1x0.7(800kNm/1.3m) = 1386kNwindbelasting: Nmax.2 = 1x1000kN/2 + 1.1x(800kNm/1.3m) + 1.1x0.7x750kN/2 = 1466kN
� Fundamentele belastingscombinatie: minimale axiale belasting:DA1/1windbelasting: Nmin = 1x1000kN/2 - 1.5x(800kNm/1.3m) = -423kNDA1/2windbelasting: Nmin = 1x1000kN/2 - 1.1x(800kNm/1.3m) = -177kN
Belasting volgens globale veiligheid:� maximale axiale belasting:
Nmax = 1000kN/2 + 750kN/2 + 800kNm/1.5m = 1408kN� minimale axiale belasting:
Nmin = 1000kN/2 - 800kNm/1.5m = -33kN
Voorbeeld
98
Voorbeeld
CPT 1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
diepte (m)
qc (MPa)
leem
zand
zandh. klei
CPT 2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
diepte (m)
leem
zandh. klei
zand
qc (MPa) CPT 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
diepte (m)
zand
leem
zandh. klei
qc (MPa)
99
Puntweerstand van 1 paal :
Rb = �b * �b * * � * Ab * qb
Berekening van qb :
- methode De Beer
- indien mechanische CPT : conversiefactor toepassen--> n.v.t. voor dit voorbeeld
- in te voeren paaldiameter : 0,5m
- indien meer qc-waarden beschikbaar dan één per 20 cm : neem hetgemiddelde van 10 cm boven en 10 cm onder het beschouwde peil
- gezien Db,eq geen veelvoud is van 20 cm : bereken qb voor Db,eq = 0.20 men voor Db,eq = 0.40 m en interpoleer
Voorbeeld
100
Voorbeeld
Ab = 0.1963 m²
� = 1.00 (geen verbrede voet)
= 1.00 (cirkelvormige paal)
�b = 1.00 (geen tertiaire klei)
�b = 1.00 (heipalen)0.70 (schroefpalen)0.50 (CFA met overdruk)0.50 (boorpalen)
Puntweerstand van 1 paal :
Rb = �b * �b * * � * Ab * qb
• ir Paul Meireman Basiscursus paalfunderingen 13/12/2010
101
Voorbeeldcpt1 cpt2 cpt3
102
Wrijvingsweerstand van 1 paal :
Rs = �s * � (�s,i * hi * qs,i)
Berekening van qs,i :- qs,i = *p,i * qc,i met max. waarde voor qs,i
- o.b.v. gemiddelde qc,i over de laag (of individuele waarden)- enkel lagen met qc � 1 MPa in rekening brengen- enkel lagen die relevant zijn, in rekening brengen
hi = 0.20 m
�s,i = 1.00 (hei en schroef)0.60 (CFA met overdruk)0.50 (boorpaal)
�s = * 0.5 m = 1.57 m
Grondsoort qc (MPa) *p of qs(-) (MPa)
Rf*(%)
Klei 1 – 4.5 *p = 1/30 3–6 %> 4.5 qs = 0.150
Leem 1 - 6 *p = 1/60 2–3 %> 6 qs = 0.100
Zandhoudende klei/leem
1 – 10 *p = 1/80 1-2 %
of kleihoudend zand/leem
> 10 qs = 0.125
Zand 1 – 10 *p = 1/90 < 1 %
10 – 20 qs = 0.110 + 0.004 * (qc – 10)> 20 qs = 0.150
103
VoorbeeldUltieme weerstand van 1 paal :
•Rc = Rb + Rs
104
VoorbeeldTotaal draagvermogen van 1 paal :
Rc = Rb + Rs
Calibratie van de rekenmethode :
Rc,cal = Rc / �R,d
�R,d = 1.00 heipalen1.00 schroefpalen (met SLT)1.15 CFA (met SLT)1.15 boorpalen
105
oude methode rapport 12
VoorbeeldGecalibreerde ultieme weerstand van 1 paal :
•Rc,cal = (Rb + Rs) / �Rd
106
Voorbeeld
Karakteristieke waarde van het draagvermogen :
� � � ���
���
��
���
���
4
mincal,c
3
gemiddeldcal,ck,c
R;
RminR
Sondeerdichtheid :
3 CPT's / 900 m² = 1 CPT / 300 m²--> bepaling van �3 en � 4
�3 = 1.36�4 = 1.31
�3
�4
107
Voorbeeld
Karakteristieke waarde van het draagvermogen :
� � � ���
���
��
���
���
4
mincal,c
3
gemiddeldcal,ck,c
R;
RminR
108
Voorbeeld
Rekenwaarde van het draagvermogen : (combinatie 2)
Rc,d = Rb,k / �b + Rs,k / �s
Rcd > Fd = 1466kN
Combinatie 1 Combinatie 2 Zonder
kwaliteits-garantie
Met kwaliteits-garantie
Zonder kwaliteits-garantie
Met kwaliteits-garantie
Groep van paaltypes
��b �s �b �s �b �s �b �s
Geheide en ingeperste palen
1.00 1.00 1.00 1.00 1.35 1.35 1.35 1.35
Schroefpalen 1.00 1.00 1.00 1.00 1.45 1.35 1.35 1.35 CFA-palen 1.10 1.00 1.00 1.00 1.50 1.35 1.35 1.35 Boorpalen 1.20 1.00 1.00 1.00 1.65 1.35 1.35 1.35
109
Conclusies NADNAD:Veranderlijke veiligheden in functie van paaltype, sondeerdichtheid, kwaliteitscontrole: (50% veranderlijk, 50% permanente belasting)� �f x �Rd x �3of4 x (�b & �s)
Heipalen, sondeerdichtheid 1/10m², >10palen per zool: 1,62 op gemiddelde en 1,42 op minimum
Schroefpalen, sondeerdichtheid 1/100m², 4 palen per zool, kwaliteitscontrole en SLT beschikbaar:1,72 op gemiddelde en 1,60 op minimum
Schroefpalen, sondeerdichtheid 1/100m², 4 palen per zool, geen kwaliteitscontrole en SLT beschikbaar:2,22 op gemiddelde en 2,07 op minimum
CFA palen , sondeerdichtheid 1/1000m², 2 palen per zool, geen kwaliteitscontrole en SLT beschikbaar2,83 op gemiddelde en op minimum
110
Voorbeeld in heterogene gronden
111
GGT van paalfunderingen in EC7-1
GGT-nazicht van paalfunderingen wordt slechts summier behandeld :
• §7.6.4.1(1) Vertical displacements under serviceability limit state conditions shall be assessed and checked against the requirements given in 2.4.8 and 2.4.9”
• §7.6.4.1 NOTE For piles bearing in medium-to-dense soils and for tension piles, the safety requirements for the ultimate limit state design are normally sufficient to prevent a serviceability limit state in the supported structure.
• §7.6.4.2 (for compression piles) NOTE When the pile toe is placed in a medium-dense or firm layer overlying rock or very hard soil, the partial safety factors for ultimate limit state conditions are normally sufficient to satisfy serviceability limit state conditions.”
• §7.6.4.2 (2) Assessment of settlements shall include both the settlement of individual piles and the settlement due to group action.”
• §7.6.4.2 (4) When no load results are available for an analysis of the interaction of the piles foundation with the superstructure, the load-settlement performance of individual piles should be assessed on empirically established safe assumptions.”
• §7.6.4.3 (for tension piles) NOTE Particular attention should be paid to the elongation of the pile material.”
112
Database 1(F. De Cock, 2001)
Pile type Shaft bearing Shaft+end bearing
End bearing
Atlas 0.5 - 0.75 % 0.75 – 1.50 % 1.5 – 1.75 %Fundex No data 0.75 – 1.0 % 0.75 – 1.25 %Omega 0.5 – 0.75 % No data 2.0 – 2.5 % *
27 screw piles pPeriod 1970
p7070-00-2000
Note : normalised versus ote : normalised versQu=Qasymptotic
•113
Database 2(BBRI)
20 piles in sand ( (Limelettee a.o.o.)p (16 piles in clay (SKW WW a.o.o.o )pPeriod 20030303-
y (y33-2007
•
Clay - All piles
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14s0/Db,eq (%)
Q/Q
_s0=
10%
Db,
eq (%
)
C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16
Sand - All piles
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12 14s0/Db,eq (%)
Q/Q
_s0=
10%
Db,
eq (%
)
S1S2S3S4S12S13S14S15S16S17S18S19S20S26S27S28S29S30S31S32
Pile type Shaft bearing End bearing Driven Precast concrete 0.5 – 0.75 % 1.0 – 2.0 %Screw piles 0.5 – 1.0 % No data 0.75 – 1.5 %Bored and CFA 0.5 % bentonite
1.0 – 1.5% casing0.5 – 1.5 % *
114
Zettingen van enkelvoudige palen
Berekening via dimensieloze mobilisatie-curven
Cf. NEN 9997 – drukpalen
1 heipalen2 avegaarpalen3 boorpalen
115
Horizontale belastingPaalkopmomenten
116
passieve weerstand
MPAAL MPAAL
UITWENDIG MOMENT
HORIZONTALE KRACHT
uitwendige krachten
GrondverplaatsingenZie cursus gevorderden
Aanvulling of asymmetrische bovenbelasting
Horizontale belastingen en paalkopmomenten
117
passieve weerstand
MPAAL MPAAL
UITWENDIG MOMENT
HORIZONTALE KRACHT
Onderscheid tussen
Horizontale belastingen en paalkopmomenten
Paalkop rotatief
Paalkop ingeklemd
Excentriciteit axiale belasting:
Extra excentriciteitsmoment
in paal
Aanpassing axiale belasting in palen
118
Horizontale belastingen en paalkopmomenten
Hoe snedekrachten voor een individuele paal afkomstig van uitwendige krachten berekenen ?
Verend ondersteunende ligger (Msheet, Rido, enz)passieve weerstand = formules Brinch Hansenveerkonstante = formules Menard (één stijfheid)(zie cursus gevorderden)
API standaard: P-y curvesstijfheid afhankelijk van verplaatsing(zie cursus gevorderden)
Palen in elastisch medium (grafieken NEN)119
Horizontale belastingenPalen in elastisch medium (grafieken NEN)
In Belgische gronden, vnl kolom 2 en 3(khD = 3qc)
paaldiameters<0.7m
“normale” belastingen (elastisch medium)
Opgelet bij “korte” palen
•120
UGT Horizontalebelasting
Hoe snedekrachten voor een individuele paal afkomstig van uitwendige krachten berekenen ?
Paalkop rotatief: paal is niet ingeklemd in een stijver structuurelement, paal vormt voor de structuur een stijf punt.paal belast door horizontale belasting en momentbelasting aan de paalkopmomenten vanuit de structuur worden opgenomen als moment in de paalkopexcentriciteit van axiale belasting niet vergeten (0.1m x axiale belasting)
klei 1MPa, interne wrijvingshoek 20°, cohesie 5kPa, limietdruk qc/3=0.33MPa, Emenard = 2.5xqc = 2.5MPaFormule NEN: 2.1 x H x D
klei 1MPa
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250
horizontale belasting H
mom
ent M Msheet (water 0m)
Msheet water -10mNEN grafieken
121
UGT Horizontalebelasting
Hoe snedekrachten voor een individuele paal afkomstig van uitwendige krachten berekenen ?
Paalkop rotatief: paal is niet ingeklemd in een stijver structuurelement, paal vormt voor de structuur een stijf punt.paal belast door horizontale belasting en momentbelasting aan de paalkopmomenten vanuit de structuur worden opgenomen als moment in de paalkopexcentriciteit (0.1m x axiale belasting)
zand 10MPa
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250
H
M
Msheet water 0mMsheet water -10mNEN grafieken
Zand 10MPa, interne wrijvingshoek 32°, limietdruk qc/9=1.1MPa, Emenard = qc = 10MPaFormule NEN: 1.2 x H x D
122
UGT Horizontalebelasting
Hoe snedekrachten voor een individuele paal afkomstig van uitwendige krachten berekenen ?
klei 1MPa, interne wrijvingshoek 20°, cohesie 5kPa, limietdruk qc/3=0.33MPa, Emenard = 2.5xqc = 2.5MPaFormule NEN: kopmoment 3.3 x H x D
buikmoment 0.7 x H x D
ingeklemd: paal is verankerd in een veel stijvere zool of plaat.paal belast door horizontale belasting � horizontale belasting veroorzaakt inklemmingsmomentmomenten vanuit de structuur worden opgenomen als druk-trek in de palenexcentriciteit palen geeft herverdeling belasting, geen moment in de palen
klei 1MPa
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250
H
MMsheet kopmoment water 0mMsheet buikmoment water 0mMsheet kopmoment water -10mMsheet buikmoment water -10mNEN kopmomentNEN buikmoment
123
UGT Horizontalebelasting
Hoe snedekrachten voor een individuele paal afkomstig van uitwendige krachten berekenen ?
zand 10MPa, interne wrijvingshoek 32°, limietdruk qc/9=1.1MPa, Emenard = 1xqc = 10MPaFormule NEN: kopmoment 1.9 x H x D
buikmoment 0.4 x H x D
ingeklemd: paal is verankerd in een veel stijvere zool of plaat.paal belast door horizontale belasting � horizontale belasting veroorzaakt inklemmingsmomentmomenten vanuit de structuur worden opgenomen als druk-trek in de palenexcentriciteit palen geeft herverdeling belasting, geen moment in de palen
zand 10MPa
0
50
100
150
200
250
300
350
0 50 100 150 200 250
H
M
Msheet kopmoment water 0mMsheet buikmoment water 0mMsheet kopmoment water -10mMsheet buikmoment water -10mNEN kopmomentNEN buikmoment
124
Structureel draagvermogen
125
UGT organisch
Voorr betonpalenen:pBetonnorm
pmm NBN EN 199292-2-1-1-1--1
Uitvoeringsnormmm NBN EN 1536 en NBN EN 12699 (
tvoeringsnormm NBNNUit((uitvoeringsnormen
N EN 1536 BNnn boorpalen
en N36 nn en
NBN EN 12699en Nn n verdringingspalen
9enen)
<<-<-> > > vroegeree bestekkenen: STS21 en TB104
Bepaling van het organisch draagvermogen van een paal
� �ascdd AAfP 14��
5
cubckcd
ff �
126
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: Randvoorwaarden:
voor in de grond gevormde palen zonder permanente casing bijkomende partiëleveiligheidsfactor (1.1) op druksterkte beton.voor in de grond gevormde palen zonder permanente casing rekendiameter 0.95 x de nominale boordiameter. vermindering diameter minimaal 20mm en maximaal 50mm.nominale betondekking bedraagt minimaal 50mm bij wapening geplaatst in boorbuisen 75mm bij achteraf geplaatste wapening; 40mm bij permanente voerbuisminimum wapening:0.5% van de betonsectie voor palen <0.5m³ �� betonnen kolommen 0.3%2500mm² voor palen 0.5m²<x<1m² 0.25% van de betonsectie voor palen > 1m³(aangepast in voorstel NAD NBN EN 1992-1-1: 0,8% van betonsectie: NEN = 0.3%)tussenafstand langswapening min 100mm en max 400mm, mag tot 80mm indien kleine aggregaten gebruikt worden.diameter wapening beugels minimum 1/4 van diameter langswapeningronde sectie minimum 4 staven 12mm (uitvoeringsnormen); (NBN EN 1992-1-1: minimum 6 staven 12mm; max tussenafstand 200mm ??)Lange termijn betoncoëfficiënt: 0,85 (NEN = 1)
127
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: toegelaten betondruk:
Toegelaten betondrukspanning:beton.c
ck
FF
cdadmc 1.1
f85.01ff
���
��
rekenwaarde diameter ! (0.95x nominale diameter)
fck = 25MPa, 30MPa of 35MPa voor resp C25/30, C30/37 of C35/45�f = 1.35 tot 1.5 i.f.v. belasting�c.staal = 1.15�c.beton Normale
belastingAccidentele
belastingGevolgde keuring in fabriek 1.3 1.15Gevolgde keuring op bouwplaats
1.4 1.2
Eigen keuring 1.5 1.3Verminderde keuring 1.6 1.4
Toegelaten staalspanning:
staalc
yk
FF
ydadmy
fff
.
1
�����
beton fc adm
C25/30 9,2C30/37 11,0C35/45 12,9
�f = 1.4�c beton = 1.5
128
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: vb toegelaten betondruk:
Paaldiameter 420mm, (paalsectie 138544mm²)wapening 5 staven 16mm (=1005mm² > 0.5% betonsectie = 693mm²), beton C25/30, standaard keuringsmethode (Benor), belasting 70% permanent, 30% variabel
Eurocode:
« toegelaten » betondrukspanning
Rekenwaarde diameter: 0.95x420mm=399mm,
Rekenwaarde betonsectie: Abd = 125036mm² - 1005mm² = 124031mm²
Toegelaten belasting: 1457kN
TB104 index 21: = 916kN (63% eurocode)
MPa23.95.11.1
MPa2585.05.13.035.17.0
11.1
f85.01fbeton.c
ck
Fadmc �
��
���
� �ascubck
d AAf
P 145
��129
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: berekening langswapening:
Website:www.alashki.com
Opgelet:
Voor in de grond gevormde palen:�c = 1.1x1.5=1.65
130
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: berekening dwarskracht wapening: Nauwkeurige methode: (artikel cement 2006 blz 72-76, thesis Nathan Persyn secanspalen)
Tekeningen overgenomen uit thesis Nathan Persyn “Studie naar rekentechnische aspecten van betonnen palenwand”
nuttige hoogte ss rr
DrDd 637.0
41
21
�����
� !
"��
vc
Sdck
v
slRd A
ANMPaf
AA
dV �
��
� !
"��
��
� !
"�� 15.0
5.0100
200112.0 3
1
1
weerstandbiedende dwarskracht zonder beugelwapening
controle drukschoren:
betonsectie boven zwaartepunt trekwapening
���
!" ��� ���
cossin2
2rAv metr
rs
�
2
4sin �
� � � �##$�
tancot
1
max �� vcdcw
RdAfV
131
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: berekening dwarskracht wapening: Nauwkeurige methode: (artikel cement 2006 blz 72-76)
Tekeningen overgenomen uit thesis Nathan Persyn “Studie naar rekentechnische aspecten van betonnen palenwand”
nodige sectie spiraal:Schoorhoek %&'
� �
ydv
sSdsvh
frA
pkVA9.0
�
rpks
225.01
1
(�met
p = spoed spiraalAsvh = staaldoorsnede spiraalbeugel
nodige wapening spiraal:Schoorhoek #
� �� �#cot9.0 yd
v
sSdsvh
frA
pkVA �
132
UGT organisch
Eurocode 2 en uitvoeringsnormen: berekening dwarskracht wapening: Nauwkeurige methode: (artikel cement 2006 blz 72-76)
Tekeningen overgenomen uit thesis Nathan Persyn “Studie naar rekentechnische aspecten van betonnen palenwand”
� �5.2
25.095.0
min.
yd
ctkssvh f
fprkA �
Minimum staalsectie spiraal ter voorkoming van brosse breuk
133
UGT organisch: kopwapening
Uitvoeringsnormen EN12699: verdringingspalen
134
Werftopics
135
Uitvoering
In de grond gevormde grondverdringende palen
cu = qc/15
136
Uitvoering
Paaltype Aantal dagen
Atlaspalen/Omegapalen 3
boorpalen 30m/dag
Franki palen met verbrede voet (schacht in vloeibare beton)
3
heipalen (igg) 3
geschroefde kokerpalen 1
geheide kokerpalen 1
micropalen var
prefab 1
3D
Werf 3 palen
Grondverdringende IGG palen mogen op dezelfde dag gemaakt worden indien tussenafstand > 6D137
Uitvoering
Type palen ?138
WerkterreinVlak, stabiel en berijdbaar met betonmixers
139
WerkterreinStabiel terrein, rendement ?
140
WerkterreinNooit risico onderschatten
141
Werkterrein
142
Werforganisatie
143
Palen snellen
na snellen verwijderen losse stukken m.b.v. compressor
controle op loszittende brokken (hamer)
kopwapening vermijden (paalbreuk onder de kopwapening)144
Palen snellen
145
Palen snellen: recepieux
146
Akoestische integriteitsmeting
• akoestische doormeting van de paal.
147
Akoestische integriteitsmeting
148
Toepassingsgebied:• controle aanzetpeil (10% nauwkeurigheid)• controle integriteit van de paal (breuken,
insnoeringen, uitstulpingen) : niet altijd 100 % vertrouwbaar voor igg palen.
Akoestische integriteitsmeting
149
Bleeding toevoer water vanuit ondergrond door vers beton� Beperkte bleeding (liters per uur): invloed beperkt
Bleeding palen
150
Bleeding toevoer water vanuit ondergrond door vers beton� grote bleeding (liters per minuut): beton uitgespoeld
Bleeding palen
151
Bleeding toevoer water vanuit ondergrond door vers beton� grote bleeding (liters per minuut): beton uitgespoeld
Bleeding palen
152
Bleeding toevoer water vanuit ondergrond door vers beton� grote bleeding (liters per minuut): beton uitgespoeld
Bleeding palen
153
vragen
154