? ? onderzoek ? funderingening.A.Th.P.l.Opstai en ir.l.H. van Dalen,Gemeentewerken Rotterdam, Ingenieursbureau GeotechniekIn verband metdeuitbreidingvan de havensop de Maasvlaktezullen er in de toekomst nogvele kilometers kademuren worden gebouwd, waarvoor grote aantallen funderingspalenbenodigd zijn.In de geotechnische normen NEN 6740 en NEN 6743 [1, 2] zijn ontwerpregels gegeven\loor de dlmensionering van de fundering. In NEN 6743 worden limietwaarden voorschachtwrijving en paalpuntspanning gegeven. Omdat de conusweerstand die in hetpleistocene zand op de Maasvlakte wordt gemeten relatief hoog is, zou veel kunnen wor-den bespaard indien aangetoond kan worden dat op deze locatie hogere Waarden voor deschachtwrijving en paalpuntspanning mogen worden aangehouden.PROEFBELASTINGENOPDEMAASVLAKTEDoor het Ingenieursbureau Havenwerkenvan de dienst Gemeentewerken Rotterdamis in overleg met het Ingenieursbureau Geo-techniek van dezelfde dienst voorgesteld opde Maasvlakte een serie proefbelastingenop funderingspalen uit te voeren.Het hoofddoel van deze proefbelastingen is,hogere limietwaarden aan te tonen dan inNEN 6743 z?n opgenomen voor de paal-puntspanning en de schachtwr?ving voorfunderingspalen. Tevens zijn met dit onder-zoek een aantal subdoelen nagestreefd,waaronder:? vergel?ken van het aan de hand van sta-tisch-dynamische c.q. quasi~statischeproefbelastingen berekende draagvermo-gen met het draagvermogen bepaald uitstatische proefbelastingen;? beoordelen van de voorspellende kwaliteitvan een dynamische methode die tijdenshet heien kan worden toegepast;? bepalen van de draagkrachtvan een nieuwtype stalen funderingspaal van ARBED(ARBED HP-paal);? bepalen van het trekdraagvermogen vaneen glad stalen H-profiel.Tabel 1Overzicht beproefde paaltypenKenmerken onderzoekslocatieDe onderzoekslocatie is gelegen op deMaasvlakte, nabij de bouwplaats van een inhet kader van het Plan Delta 2000-8 te bou-wen kademuur.De maaiveldhoogte in het gebied bedraagtcirca NAP +5 m, het aanvangsniveau van dedraagkrachtige pleistocene zandlaag be-draagt NAP- 20 m ? -21m. De ter plaatse ge-meten conusweerstand in deze zandlaagbedraagt over de bovenste 10 m circa 30 tot60 MPa. In figuur 1 is een voor het gebiedkenmerkende sondering weergegeven.Het zand uit de draagkrachtige zandlaag terplaatse kan worden gekarakteriseerd alsgrofzand, zwaksiltig, zwakgrindig. De op ba-sis vaneen triaxiaalproefbepaalde maxima-lehoek van inwendige wr?ving is bereikt b?een deformatie van 5% en bedraagt 36 0. B?grotere deformaties neemt de hoek van in-wendige wr?ving aftot32 0. De waargenomenwaarde voor de dilatantiehoek varieert van8,1 ? tot 11,7 0.Korrelverdeling van het zand:050 = 0,23 mm, 060/010 = 2,46.CEMENT1996j2 53? ? onderzoek ? funderingenDe reactiekracht ten behoeve van de stati-sche proefbelasting wordt ontleend aantwee reactiepalen aan weerszijden van elkete beproeven paal. Hiervoor zijn buispalenrzJ 660 x 19 mm, met gesloten voet, tot 2,5 min de pleistocene zandlaag geheid. De hartop hart afstand tussen proefpaal en reactie-paai van 4,26 m houdt verband met het ge-bruikte, reeds bestaande trekframe. Op ba-sis van literatuurgegevens is afgeleid dat bijdeze afstand de negatieve be?nvloeding vande proefresultaten minimaal zou moetenzijn. Dit is door metingen tijdens de proefbe-lasting bevestigd.Algemene gegevensproefpalenIn tabel 1 is een overzichtgegeven van de be-proefde paaltypen. Alle op druk belaste pa-len zijn tot circa 4 m in de pleistocene zand-laag geheid, de trekpaal tot circa 3 m. Om deinvloed van schachtwrijving doorhet holoce-ne pakkette voorkomen, zijn de prefab palenbinnen een leeggehaalde mantelbuis ge-heid.Alle proefpalen zijn voorzien van rekstroken.Voor het meten van de paalvoetzakking iseen koker in elkepaal gemonteerd, waarin tij-dens de proef een vrijstaande staaf is ge-plaatst.In figuur 2 zijn het palenplan en het proefveldweergegeven,in figuur 3 een overzicht vande beproefde paaltypen.De ARBED HP-palen bestaan uit een H-pro-fiel datvanaf de punt over een lengtevan 1,8m is verzwaard. De verzwaring bestaat uitH-profielen die aan weerszijden van het cen-trale profiel zijn gelast.Om inzicht te verkrijgen in de invloed van demethode van proefbelasten voor de situatieop de Maasvlakte, is de proefbelasting op??n van de prefab palen (paal 10) herhaaldmeteen afwijkend belastingsschema, waar-bij in plaats van ??n belastingswisseling tus-sen twee opeenvolgende belastingsstap-pen, telkens vijf belastingswisselingen wer-den toegepast (fig. 5).Statische proefOpzet en meetresultatenIn figuur 4 ishet principeschema van de toe-gepaste belastingsstappen weergegeven,waaruit blijkt dattelkens tussen twee opeen"volgende belastingsstappen een belastings-afname plaatsheeft. Alle proefpalen zijn vol-gens dit schema belast; paal 4 op trek, deoverige palen op druk.4260/@ Palenplan en proefveld~' . 41 .~.' ~/ ~/ l42hO , 4260 r .,~ \' j \1'1 j' /\.. \18 .?o...,"DJ::::J-....ti~3en-....\?.~-+-1--- -----.,I:H- - - -__t- ----t-~.---._~-Q) Kenmerkende sondering(- PI. wrijving [MPal Conus.eerstand [Mpal -> (c Wrijvingsgetal {%I8.2 8.1 8 18 28 J8 B 6 4 2He lin 10 GIIJl 'I (5HU , NAP +4.8 mI---I--'" 8.1"::2t-:e ~ =!f.l'1$ I"';:;; 2 8.1I? ~ps:- ---'""~ 8.2NAPI=- !- ijC? I..:: 8.5 V~F-- . -~......t'> Hii.9I=- 1.3 f"":: ~.,-5 b IA I-=I~I---- b=- 2.9IjJlh 1--- ..F;;I=::~ ..... 6.2 .-.;;E:"hof '-::;;;;" H,'-= ~t-==~-18......~ f->"12I=:- ~.5 t-=DI.->-"'" ~! DAF po-Vb- A :0;;I~ ~ LS-15L= i-== ~13F....-64,072.0paal 680,00.0 0.8 1,6 2,4 3.2 4,0 4.8 5.6 61+ 7,2 aoua6.0 s??????....16,0........24.0..................32,0 ....,.................~.......... ......:...:::>40.046.056.064.0paal 8@ Last"vervormingsdiagrama. voorspeld op basis van STATNAMICb. waargenomen bij statische belastingPSPLT-methodeZowel de ARBED HP-palen als de prefab pa-len zijn belast met het PSPLT-apparaat vanIFCO. De op de paalkopuitgeoefende krachtwordt gemeten met een op de paalkop teplaatsen krachtsensor, de verplaatsing meteen optisch meetsysteem dat op circa 10 mafstand van de paal wordt geplaatstVooreen uitgebreide omschrijvingvan PSPLTwordt verwezen naar [7].op basis van PSPLT voorspelde last"vervor"mingsdiagram uitgezet.Met behulp van PSPLT is voorspeld dat destatische bezwijkbelasting van alle palengroteris dan 3500 kN, hetgeen correct is. Uiteen vergelijking tussen het statische en hetvoorspelde last"vervormingsdiagram blijktdat er een vrij goede overeenkomst bestaatin hettrajecttot 3500 kNo (Van het trajectna3500 kN zijn uiteraard geen metingen be"schikbaar.) De voorspelling metPSPLT geeftvoor de betonpalen een enigszins stijverepaal dan de statische proef, terwijl voor bei"de typen ARBED HP"palen juist een ietwatslapper gedrag wordt voorspeld.extrapOlatie volgens van der Veen bepaaldedraagvermogen en het draagvermogen vol"gens de Hei"analyse van TNO varieert voordeze proevenserie van 18 tot 21% voor debeide stalen palen. Voor de betonnenprefabpalen varieert dit percentage van 1 tot 4%.ConclusiesPrefab betonpalen? Het op basis van NEN 6743 berekende be-zwijkdraagvermogen van de palen bedraagt3078 kNo Aangetoond is dat het gemiddeldbezwijkdraagvermogen in dit geval ten min"ste 40% hoger is.Vergelijking met statische proefbelastingDe PSPLT-methode is in verband met degrootte van het toegepaste valgewicht en devalhoogte (nog) niet geschikt om draagver-mogenshoger dan 3500 kN te voorspellen.In figuur 11 zijn per paal het statisch en hetDynamische methodeIn tabel 7 is het totale draagvermogen, be"paald met de statische proeven, vergelekenmethet resultaat van de Heicanalyse (TNO).De afwijkingtussen hetstatisch op basis van? Een bezwijkschachtwrijvingvan 230 kPa isin het geval van alle drie de proefpalen aan-getoond over het gebied tussen bovenkantzandlaag en een afstand 0,8 Deq tot de paal-punt. In hetgebied dichterbij depaalpuntzijnhogere waarden gevonden.60 CEMENT1996j2bpaal 3paal 2paal 1o 500 1000 1500 20.00 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 65000;.~_.l..---'---''--....L.--l_....L-,-.J.._-'----'-_"'-- .........--'~"">.~~"':::::.................~....................at,30502040~ belasting (kN)o 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500O-lo.='"_.1..-....J---:I.--I--l'---l---l.~..l.---'--.l..---'----'20101050o 500 1000 1500 2000 2500 )000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500o......='"_.l..----L.---''--....L.--l_....L-,....,..l._-'---'-_"'---.........--'E 10E0\c: 20~IV""i:i.30L-Ql>paal 6500 1000 1500 2000 25003000 3500 4000 4500 5000500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000-3030b-4040paal 10-50 50-50oO-l...,..--'-~-'-~-.J-~-.J-~........_-..L_-..L_--'"~--'"----'-50-40o-30-10-20~ belasting (kN)o 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000O-loo:::---'-_........~........~........~........~-..L~-..L~--'"~----"~---I~20-10? -10Eg' -20"iii....IVIV""i:i. -30L-Ql>? Aanbevolen wordt de gemeten toenamevan de schachtwrijving nabij de punt te be-schouwen als paalpuntweerstand.limietwaarde wrijving: 230 kPa;limietwaarde paalpuntspanning: 20 MPa.? Last-vervormingsdiagrama. voorspeld op basis van PSPLTb. waargenomen bij statische belasting? Indien de extra schachtwrijving die op-treedt in hetgenoemde gebied nabij de puntwordt meegenomen als puntweerstand,kanworden gesteld dattijdens de proefbelastin-gen een puntspanning van gemiddeld 20MPa is opgetreden. Op basis van extrapola-tie van het last-vervormingsdiagram wordteen limietwaarde voor de paalpuntspanningvan 20,4 ? 27,7 MPa gevonden, afhankelijkvan de gebruikte methode.? Aanbevolen wordt in het RotterdamseMaasvlaktegebied in het vervolg de volgen-de limietwaarden te hanteren voor wrijvingen puntweerstand, uitgaande van een situa-tie waarbij sprake is van een OCR-waardekleiner dan 2 (analoog aan NEN 6743):Tabel 7Vergelijking bezwijkdraagvermogen statisch en dynamisch in kNCEMENT1996/2 61? ? onderzoek ? funderingen? Teneinde ook in andere gebieden gebruikte kunnen maken van de proefresultatenwordt aanbevolen de verhoogde iimietwaar-de voor de paalpuntspanning te koppelenaan een aangepaste waarde voor ap" Hierbijwordt geadviseerd uit te gaan van de waardedie hoort bij de op basis van [3] ge?xtrapo-leerde bezwijkspanning van gemiddeld 24MPa. Deze bedraagt voor de beproefde pre-fab palen gemiddeld 0,8. Op basis hiervanzou dan in het vervolg gerekend kunnen wor-den volgens de huidige norm, met ap = 1,0en een limietwaarde voor de paaIpuntspan-ning van 15 MPa ?f met ap = 0,8 en een Ii-mietwaarde voor de paalpuntspanning van20 MPa. Voor de wrijving kan mogelijk eensoortgelijke redenatie worden toegepast.Het laatste woord is echter aan de normcom-missie.ARBED drukpalenOp basis van berekeningen volgens de NEN-rekenregels is eerder voor beide paaltypeneen bezwijkdraagvermogen gevonden van3800 kNo Uit de proefresultaten blijkt dat hetwerkelijke bezwijkdraagvermogen voor bei-de paaltypen aanmerkelijk hoger is. Voor deopen paal is het bezwijkdraagvermogen tenminste 53% hoger, voor de gesloten paal60%. Gelet op de gemeten verplaatsingen inhet geval van de beide gesloten palen is hetaannemelijk dat het bezwijkdraagvermogenvan deze palen aanmerkelijk hoger ligt dande maximaal uitgeoefende 6076 kNoARBED trekpaal? Het bezwijktrekdraagvermogen van de be-proefde paal bedraagt 2670 kNo? Ervan uitgaande dat bezwijken plaatsheeftlangs het volledig omwikkelde oppervlak vanhet profiel, bedraagt de berekende verhou-ding tussen schachtwrijving en conusweer-stand 0,27%. Voor drukpalen bedraagt dezeverhouding yoor dit paaltype volgens denorm 0,75%. Blijkbaar is de situatie voortrekpalen ongunstiger dan voor drukpalen.? Indien wordt uitgegaan van bezwijkenlangs de buitenomtrek van het profiel, zodathet zand tussen de flenzen niet verplaatstten opzichte van de flenzen, bedraagt de be-rekende verhouding tussen schachtwrijvingen conusweerstand 0,41%.Vergelijking verschillende meetmethoden? Vooraf wordt opgemerkt dat de meetom-standigheden bij alle methoden anders zijngeweest dan in de meeste praktijkgevallen,62omdat de paal overeen grote lengte vrij heeftgestaan binnen de mantelbuis. Krachtsaf-dracht vond hierdoor slechts over een be-perkt deel van de totale paallengte plaats.? De keuze tussen ??n of vijf belastingswis-selingen tussen twee belastingsstappen tij-dens de statische proefbelasting heeft vooreen prefab paal slechts marginale verschil-len In meetresultaten opgeleverd.? De afwijking tussen het statisch, op basisvan extrapolatie bepaalde draagvermogenen het draagvermogen volgens Statnamicvarieert in deze proevenserie van 4 tot 19%.Hierbij wordt opgemerkt dat in alle gevallenmet Statnamic een hoger draagvermogen isvoorspeld dan op basis van de statischeproef.? Betreffende de voorspelling van het sta-tisch last-vervormingsdiagram kan wordengesteld dat met Statnamic voor de betonpa-len een stijvere paal is gevonden dan voor destatische proef. Voor de stalen palen metdichte punt IS een voorspelling van de stijf-heid gevonden die vrij goed klopt met de sta-tische proef. Voor de stalen paal met openpunt wordt een slapper gedrag voorspelddan wordt gevonden met de statische proef.? Binnen het meetbereik van de PSPLT me-thode, tot 3500 kN, blijkt er een vrij goedeovereenkomst te bestaan tussen het voor-spelde eerste deel van het statisch last-ver-vormingsdiagram en het waargenomen last-vervormingsdiagram uit de statische proef.? Betreffende de voorspelling van het sta-tisch last-vervormingsdiagram kan wordengesteld dat, evenals in het geval van Statna-mic, met PSPLT voor de betonpalen eenenigszins stijvere paal is gevonden dan metde statische proef. Voor de stalen palen isjuist een enigszins slapper gedrag voorspelddan is gevonden met de statische proef.? De afwijking tussen het statisch op basisvan extrapolatie bepaalde draagvermogenen hetdraagvermogenvolgens de Hei-analy~se van TNO varieert voor deze proevenserievan 18 tot 21% voorde beidestalen palen envan 1 tot 4% voor de betonpalen.BetrokkenenDit project is mede tot stand gekomen doorde onderstaande bedrijven en instellingendie financieel en technisch inhoudelijk bij deproefbelastingen betrokken zijn:? FUNDEX. Oostburg? Gemeentewerken Rotterdam (lH en IG)? Gemeentelijk Havenbedrijf Rotterdam? HBW/NGT, Gouda? IFCO, Gouda? MOS Grondmechanica? ODS Damwand / Profil ARBED? PREPAL? TNO-BouwOnderstaande personen hebben inhoudelijkaan dit artikel bijgedragen:? ir.J.G. de Gijt? ir.P.Middendorp? dr.ir.A.J.G.Schellingerhout? ing.H.L.SijberdenLiteratuur1. NEN 6743, Berekeningsmethode voor funde-ringen op palen, Drukpalen. NNI, ie druk decem-ber 1991 + correctieblad van september 1993.2. NEN 6740, Basiseisen en belastingen Geo-techniek. NNI, le druk december 1991 + correc-tieblad van september 1993.3. Plantema. G.. Results of a specialloading teston a reinforeed concrete pile. Proc. of the secondint. conf. Soil Mech. Found., 1948, vol. IV, pp.112-118.4. Van der Veen, C.. The bearing capacity of a pile.Proc, of the third int. conf. Soil Mech. Found., Z?-rich 1953, pp. 84-90.5. Weber, L.. Tests on steel H bearing piles. Bel-gian Geotechnical Volume published forthe 1985golden jubilee of the ISSMFE. Chapter I, 3.2.p.19-25.6. Middendorp, P. en B.Kuiper, Het statnamischproefbelasten van funderingspalen. Cement1992, nr. 11.7. SchellingerllOut, A.J.G. en E.Revoort, De PSPLT- Het andere proefbelasten. Cement 1995. nr. 7.8. Draaiboek Statische proefbelasting op funde-ringspalen Amazonehaven Maasvlakte Rotter-dam. Gemeentewerken Rotterdam, afd.IGM, rap-portnr. 94-114/B, februari 1995.9. Statische proefbelasting op funderingspalenAmazonehaven Maasvlakte Rotterdam. Factualreport, Gemeentewerken Rotterdam, afd. IGM,rapportnr. 94-114/C, januari 1996.10. Statnamic proefbelastingen op Funderings-palen Amazonehaven Maasvlakte Rotterdam.TNO Bouw rapport 95-CON-R0632, 1995.11. Resultaten van pseudo-statische proefbelas-tingen op funderingspalen Amazonehaven Maas-vlakte Rotterdam', IFCO opdrachtnummer94345, d.d. 11 mei 1995.12. Hei-analyse op funderingspalen Amazoneha-ven Maasvlakte Rotterdam. TNO Bouw rapport95?CON?R0633, 1995.13. Van Weeie, A.F., Voorspelling draagvermogenprefab palen Amazonehaven Maasvlakte Rotter-dam (brief). IFCO kenmerk R95207.297, d.d.12december 1994.14. Van den Berg, P., Soil stresses after instalia-tion of driven piles. Application of Stress-WaveTheory to Piles, Balkema Rotterdam. 1992, ISBN90 5410 082 6.15. Statische proefbelasting op funderingspalenAmazonehaven Maasvlakte Rotterdam, Interpre-tatie Onderzoeksresultaten. GemeentewerkenRotterdam, afd.IGM, rapportnr. 94-114/D,Janua-ri 1996. ?CEMENT1996/2