? ? ?prof.ir.A.F. van Tol, Gemeentewerken Rotterdam, hoogleraar Funderingstechniek TU-DelftEind :199:1 verschenen nieuwe normen voor funderingen, ill het bijzonder voor op druk be-laste palen. Dit artikel beperkt zich tot de normen voor de toetsingvan paalfunderingen:NEN 6743 en in mindere mate NEN 6740 en NEN 6702. Aandacht wordt besteed aan en-kele praktijkervaringen en kritiekpunten, waarbij wordtingegaanop de interpretatie vanhet grondonderzoek, de berekening van de negatieve kleef en de methode Koppejan.Dit artikel is een bewerking Van de lezing die prof. Van Tol heeft gehouden tijdens de Fun-deringsdag van :1993.REGELGEVINGINDEFUNDERINGSTECHNIEKCD Principe van de toets volgens grens-toestand lA en veiligheidsniveau10De meeste ervaringen met NEN 6743, NEN6740 en NEN6702 [1J tonen aan dat ergeen grote verschillen zijn in de dimensiesvan funderingen die werden ontworpen v??ren na invoering van de normen, behoudensvoor bepaalde paaltypen, waarbij in het ver-leden andere factoren werden gebruikt dannu, dit naar aanleiding van nieuwe inzichten.Problemen bij het toepassen van en kritiekop de normen concentreren zich op de vol-gende punten:? toetsing van een paalfundering volgens denorm is ingewikkeld en ondoorzichtig;? statistische interpretatie van het grondon-derzoek kan leiden tot een onveilige funde-ring;? berekening van de negatieve kleef geeftniet in alle gevallen een veilige waarde;? de norm is te conservatief voor specifiekepaaltypen of te optimistisch voor anderepaaltypen.Deze ervaringen en punten van kritiek ko-men hierna aan de orde.Fr? gemPs; rep =Samenvatting van de toetsing vaneenpaalfunderingKern van de toetsingIn de uiterste grenstoestand 1A (grondme-chanisch bezwijken) wordt de rekenwaardevan de belasting getoetstaan de rekenwaar-de van de draagkracht; dit is een sterkte-toets. Figuur 1 laat het principe van dezetoetsing zien. De kansdichtheidsfunctiesvan belasting en draagkracht zijn respectie-velijk links en rechts aangegeven. Het veilig-heidsniveau, gedefinieerd als de gemiddel-de draagkracht gedeeld door derepresenta-tieve waarde van de belasting, volgt hier di-rect uit en ligt tussen 1,8 en 2,2.In de bezwijkgrenstoestand 18 (bezwijkenvan de constructie ten gevolge van zakkings-verschillen van de fundering) en de gebruiks-grenstoestand 2 wordt een rekenwaardevande zakking getoetst aan een toelaatbarewaarde van de zakking (fig. 2):? voor grenstoestand 18 is de eis ten aan-zien van de zakking 150 mm, gebaseerdop een afstand van de funderingselemen-ten van 5 m, tenzij de constructeur een an~CEMENT1994/4Samengevat: de maatgevende grenstoe-stand is 18, waarbij het zakkingscriteriumnaar een sterktecriterium kan worden ver-taald. Het veiligheidsniveau volgt uit:Uit vergelijking van grenstoestand 18 en 2(fig. 2) blijkt dat 18 de maatgevende grens-toestand is, tenzij de fundering bestaat uitzeer 'slappe' palen (bijvoorbeeld boorpalenmetgrote diameter) ofvoorgrenstoestand 2zeer strenge aanvullende zakkingseisen zijngeformuleerd. Als voorgrenstoestand 2 eenzakkingseis wordtgesteld kleiner dan circa 8mm, wordt in het voorbeeld van figuur 2grenstoestand 2 maatgevend.dere waarde opgeeft. Voor de meestepaaltypen betekent dit dat de paal grond"mechanisch is bezweken. Eigenlijk is 18dus geen vervormingstoets maar eensterktetoets conform 1A, waarbij in dit ge-val de (rekenwaarde van de) negatievekleef wel dient te worden meegenomen,omdat deze mede de zakking bepaalt;? voor grenstoestand 2 is de eis ten aanzienvan de zakking 50 mmo Omdat voor dezegrenstoestand alle parti?le factoren gelijkaan 1,0 zijn, wordt uitgegaan van de repre-sentatieve waarde van de draagkracht. Naaftrek van de representatieve waarde vande negatieve kleef wordt de representatie-ve waarde van de belasting gevonden.Hierna zijn twee praktijkvoorbeelden uitge-werkt die inzichtgeven in de werkelijke varia-tie in de draagkracht van de ondergrond enhoe hiermee gerekend kan worden.@ Principe van de toets volgens grens-toestanden 18 en 2Interpretatie van sonderingenIn de draagkracht van een funderingslaagkomen twee soorten variaties voor:? een stochastische (toevallige) spreidingvan de, overigens homogene, funderings-laag. De bijbehorende variatieco?ffici?nt Vwordt geschat op 0,1. Bij de bepaling vande groottevan de factor ?in de NEN 6743,waarmee de representatieve waarde vande draagkracht uit het gemiddelde wordtbepaald, werd met deze spreiding (V =0,1) rekening gehouden;? geologische afwijkingen, bijvoorbeeld ver-oorzaakt door met klei of silt opgevuldegeulen. De variatieco?ffici?nt zal dan aan-zienlijk groter dan 0,1 kunnen zijn. In zo'ngeval wordt hetgebied in subgebieden ver-deeld.Uit deze samenvatting blijkt dat het toetsenvan een paalfundering volgens de norm ze-ker niet ingewikkeld is en een goed inzichtgeeft in hetbereikteveiligheidsniveau. Moei-lijkheden worden inde praktijk ondervondenbij de eerste stap, de interpretatie van desonderingen: hetbeoordelen of de sonderin-gen tot ??n verzameling behoren of overver-SChillende subgebieden moeten worden ver-deeld.~~~ll0~~lJ.....v,- N Ps; nk~ee Ps; nk"-.';"~F,;9I 10l' ~1A 20E 20E\ r\-Olc:>:: 4Q-'"ro2~ro~ 60150 16Ym~;max;repFS;d + Fs;nk;rep ? YI;nk ::s;;Voor het ontwerp dienen dan de volgendestappen te worden ondernomen:? beoordeel of de sonderingen:- deel uitmaken van ??n verzameling.Dit is het geval bij een homogene funde-ringslaag, waarbij geen grote afwijkingen inde draagkracht en ligging van deze laag. voorkomen;- in verschillende subgebieden dienen teworden onderscheiden.Dit is het geval als aanzienlijke afwijkingenvoorkomen in ligging en draagkracht vande funderingslaag. 8innen de subgebie-den kunnen de sonderingen dan wel geza-menlijk in beschouwing worden genomen.Hieruit volgt het aantal sonderingen N, datzich in een (sub)gebied bevindt:? bepaal de factor ;; deze volgt uit Men N;? kies het paaltype, de paalafmeting en hetinheiniveau;? bepaal de representatieve waarde van dedraagkracht Fr;max;rep, waarbij onderscheidwordt gemaakt in:- een stijf bouwwerk;-een niet-stijfbouwwerk en N< 30f N> 3;? bereken de representatieve waarde van denegatieve kleef Fs;nk;rep;? de gekozen paalafmetingen en het inheini-veau moeten zodanig zijn dat wordt vol-daan aan:Het veiligheidsniveau komt gemiddeld goedovereen met de praktijk v??r de invoeringvan de normen. Maar een groter aantal son-deringen en een bovenbouw die in staat is debelasting over meer palen te herverdelen,leidt nu tot een meer optimaal funderings-ontwerp.Ontwerpen met NEN 6743Voor het ontwerp van een paalfundering zijn,indien geen aanvullende zakkingseisen zijngesteld, devolgende gegevens noodzakelijk:? het palenplan en de vaststelling of hetbouwwerk of een gedeelte daarvan stijf ofniet-stijf is. Hieruitvolgt M, hetaantal palenonder een stijf gebouw(-gedeelte);? de rekenwaarde van de paalbelastingenFs;?' in principe alleen voor grenstoestand1;? sonderingen.YI' Ym-?-- = 1,8 ? 2,2Fr;max;gemwaarin:Fr;max;gem is de gemiddelde waarde van dedraagkracht;Fs;rep is de representatieve waarde van debelasting;Fs;nk;rep is de representatieve waarde van denegatieve kleef;rris de gecombineerde belastingsfactor enbedraagt voor woning- en utiliteitsbouwcirca 1,3;Ym is de materiaalfactor en bedraagt 1,25;? is een statistische factor, die afhankelijk isvan het aantal sonderingen en palen envarieertvan 0,75 tot 0,92;? is YI;nk/YI;YI;nk is de belastingsfactorvoor de negatievekleefen is, afhankelijkvan berekenings-methode, gelijk aan 1,0 of 1,4.CEMENT1994/4 11? ? ?--7 qc (N/mm2)0 10 20 0 10 20 0 10 20 0 10 20i -..,co. .....,0-~ 100.. r~ r::-? ,) ......- .........Z hIl -r-- :z.... I'-h --11 ....t-I-=-,E-- i. h -I'i-~I-'"~~.;5P'"-i- ~.....t'-.. fc:: :7 - ..:::~ic~E~- 500+--~--------~~-~--------jr 0?+--.--.--.--.--.-.,..--'-.-...-...-...-...-...-...-...-...-...-...--,--....-121 sonderingen? Maximale draagkracht per sondering en de rekenwaarde van demaximale draagkracht b? een paalpuntniveau van 19 m - NAPCEMENT1994/468 69 70 71 72 73 74 75 76 770 0 0 0 0 0 0 0 0 0043 44 45 46 47 480490500510520 0 0 0 0,KE 139 KE 14417 18 19 20 21 22' 23124 25/26 270 0 0 0 0 0 0 0 0,KE 142. ,KE 14320m-- ---I(2) Palen- en sondeerplan voor een sectie van een steiger in deEemhaven13? ? ?In dit geval geldt:1Fr:max;gem = N LF,;max;i = 3205 kNDe rekenwaarde van de belasting:FS :d "" 2070 kNG:max:gem "" 3205 kN -'-+Fr;max;d "" 2077 kN (Ym "" 1,25; t; "" 0,81)Fs:rep "" 1500kN -'-+FS;d "" 2070 kN (Yt "" 1,38)Bij een handmatige toetsing volgens NEN6743 blijkt dat deze fundering voldoet. In-dien echterhetop de norm gebaseerde com-puterprogramma NENGEO [2] wordt toege-past, blijkt dat deze fundering wordt afge-keurd:Fr;max;d ....=;waarbij:t;- ? Fr:max;gem = 2077 kNYmDe programmeurs van NENGEO hebben hetprobleem van de veiligheid ter plaatse vande slechtste sondering opgelost door bij elkesondering de zakking te berekenen en danpas te middelen. Ditbetekent een implicietetoets per sondering van FS :d < Fr:max:d:i' Dusper sondering een veiligheid van 1,8 ? 2,2ten opzichte van Fs:rep. NEN 6743 staat toeeerst de rekenwaarde van de draagkracht tebepalen, dat wil zeggen dus eerst te midde-len en dan pas de zakking te bepalen.NEN 6743: lA voldoet;lB voldoet, de zakking be-draagt 60 mmoNENGEO: lA voldoet;lB voldoet niet, zakking isoneindig.De verklaring voor dit verschil berust op eenverschil in interpretatie van MEN 6743: inNENGEO is impliciet een eis toegevoegd dievoorkomt dat niet-deskundige ontwerpershet paalpuntniveau bijvoorbeeld juist terplaatse van een terugval kiezen. Dit kan alsvolgt worden toegelicht.Toets lB volgens NEN 6743De rekenwaarde van de zakkingmoet kleinerzijn dan of gelijk zijn aan de toelaatbare zak-king:De rekenwaarde van de zakking is een func-tie van onder meer de rekenwaarde van debelasting en de draagkracht:wd == f (Fs:d' Fr:max:d' ..?? )De rekenwaarde van de zakking:wd "" 60 mm (fig. 8)Toets lB volgens NENGEODe rekenwaarde van de zakking wordt be-paald door de rekenwaarde van de zakkingper sondering te middelen:De rekenwaarde van de zakking bij sonde-ring iis een functie van de rekenwaarde vande draagkracht bij sondering i:Wd:i "" f (Fr:max:d:i' ??.? ) waarbij:t;F;.;max;d;i?= - ? Fr:max;iYmBij de slechtste sondering, KE 143, is de re-kenwaarde van de belasting aanzienlijk gro-ter dan de rekenwaarde van de draagkrachten wordt dus een oneindige zakking gevon-den:Fr;max;d:i "" 0,81 . 2161/1,25 "" 1400 kNFS:d "" 2070 kN -'-+ wd "" 00Samengevat houdt dit de volgende veilighe~den in:NENGEO: Yt' Ym/t; op de slechtste sonde-ring;NEN 6743: Yt' Ym/t; op het gemiddelde vande sonderingen.Het is geen overbodige luxe om in computer-programma's die worden gemaakt om paal~funderingen te toetsen, een extra toets in tebouwen voor niet-deskundige ontwerpers(het is immers niet te voorkomen dat pro-gramma's ook door deze categorie zullenworden gebruikt). De door NENGEO gekozentoets per sondering is echter enigszins con-servatief en strijdig met de gedachte dat defactor t; juist bedoeld is om van het gemid-delde een representatieve waarde te bepa-len. Een toets toevoegen op de draagkrachtter plaatse van de slechtste sondering, bij-voorbeeld met een factor Yt' Ym, lijkt zinnig.Ten aanzien van de statistische interpretatievan het grondonderzoek kunnen de volgen-de conclusies worden getrokken:? Last-zakkingsdiagram conformNEN 6743, wd "" 60 mm ff;schacht;d (kNJ-E-~Fr;punt;d (kNl632 316 0 289 578 867 1156 144514...--- t 10---20 -.............-030 ".+:""c40:::J~o.50'"..2\60708090I100110120130140150(mm)CEMENT1994/410--~------------------Lslipmethode400500Z..lE:>d,+.,:5E.~~0-W'?10 1--=::::::=j::~~+-----+--115 1-'::=.-.n---+---t----120 t------j--"""--+--===I~-j200methode volgens NEN 6743. Dit betreft:? drie metingen die in de jaren zestig in hethavengebied te Rotterdam zijn uitgevoerdwaarbij sprake was van grondverdringen-de, in de grond gevormde palen en een aanzakking onderhevige zandlaag. In figuur 11is een sonderinggegeven; de gegevens zijnontleend aan [4];? een meting, uitgevoerd in 1970 door Ge-meentewerken Rotterdam,bij de bouw vanhetdienstengebouwvan hetdrinkwaterlei-dingbedrijfte Rotterdam [5].In tabel 4 zijn de berekende en gemetenwaarden met elkaar vergeleken. Opgemerktmoetworden datde metingvan de negatievekleefin de Europoorten Botlekwerd afgebro-ken voordat de maximale waarde werd be-reikt. Het blijkt dat de berekende waardevoor de Eemhaven en de DWL toch aan de la-ge kant zijn.Uit het praktijkvoorbeeld v??r de invoeringvan de norm en de vergelijking met de metin-gen kan worden geconcludeerd dat:? aan de enorme spreiding die vroeger in deberekening van de negatieve kleef optrad,door de invoering van de NEN 6743 eeneinde is gekomen. Dit moet zeer wordentoegejuicht.? NEN 6743 onderschat de negatieve kleefmogelijk enigszins. Het lijkt aan te bevelenom voorde maximale wrijvingshoek voor inde grond gevormde palen met een ruwschachtoppervlak, ?max = cp aan te hou-den.Draagvermogen-factoren ap en asNaar aanleiding van proefbelastingen op ge"heide prefab betonpalen, die werden uitge-voerd bij de Stress-Wave Conferentie, is eni-ge publiciteit ontstaan rond de methodeKoppejan en de toegepaste factor apbij de-ze methode.Ondanks dat de opmerkingen ten aanzienvan deze factoren in NEN 6743 zeker niet al"leende apvoorgeheidepalenbetroffen, tochde volgende kanttekeningen:? Uit [6], waarin verslagwordtgedaan van deresultaten van de genoemde proefbelas-ting, blijkt dat indien het bezwijkcriteriumvan 10% van de equivalente diameter Deqwordt aangehouden, ap = 0,6 ? 0,7; indienvoor het bezwijkcriterium 50% van Deqwordt aangehouden, is ap = 0,9, dat wilzeggen 90% van de waarde volgens Kop-pejan.De eerste conclusie is dan ook dat de me-thode Koppejan correct is, maar het aan-gehouden last-zakkingsdiagram niet. Hetcriterium geeft kennelijk niet de echte bez"wijkwaarden.? Bij de totstandkoming van het gestandaar-diseerde last-zakkingsdiagram in NEN6743 is onder meer teruggevallen op deproefnemingen van Plantema [7]. De vroe-gere directeur van Gemeentewerken Rot-terdam sondeerde een proefpaal weg overgrote diepte en meette hetschacht-en hetpuntdraagvermogen onafhankelijk van el-kaar.ln figuur 12 zijn zijn bevindingen weer-gegeven. Plantema vond eveneens datbezwijken bij een hoger percentage dan10% van Deq plaatsheeft, gemiddeld bij23% en in extreme gevallen bij 30%. Verderrekende Plantema een stukje positievewrijving mee: hij vond daardoor een circa13%te hoog puntdraagvermogen. Destijdswerd de positieve kleef verwaarloosd, der-halve was zijn werkwijze correct.? Een opmerking die reeds door anderen isgemaakt betreft het verschil tussen de co-nusweerstand bepaald door mechanischen door elektrisch sonderen. Dit verschil isniet verwaarloosbaar en is nooit in de me"thode Koppejan, gebaseerd op de mecha-nische sondering, verdisconteerd.Tabel 4Vergelijking berekende (NEN 6743) en ge-meten negatieve kleef16project diameter berekend gemeten(m) (kN) (kN)DWL-terrein 0,42 750 800Europoort 0,50 1422 11001)Botlek 0,50 1372 12001)Eemhaven 0,50 962 10501) volgens [4] zou de negatieve kleef bij het doorzetten van de meting een waarde vanresp. 1200 en 1300 bereiken.CEMENT1994/4E?n en anderis zeker een puntvan naderon"derzoek, er zijn echter veel meer opmerkin-gen over de in de norm aangegeven waardenvan a p en as te maken. De normcommissieheeft zich bij de samenstelling van de normgebaseerd op proefbelastingen en praktijk-ervaring. Mogelijk dat daarvoor nieuwe paal-systemen de schoen wringt, omdat onvol-doende ervaring en proefbelastingen be-schikbaarzijri. Naarde mening van de auteuris er op dit moment geen reden om de facto-ren aan te passen. De ervaring met de me-thode Koppejanin de afgelopen 20 jarengeeft daar geen aanleiding toe. Het is de be"doeling van de commissie om begin 1994een aanvang te maken met een evaluaties-tudie naar de factoren ap en as' waarbij ge-bruik zal worden gemaakt van zoveel moge-lijk proefbelastingen.Conclusie ten aanzien van NEN 6743Ten aanzien van het gebruik van de nieuwenorm voor de toetsing van paalfunderingenkan worden geconcludeerd dat:? de feitelijke toetsing eenvoudig en door-zichtig is;? de statistische benadering van het grond-onderzoek niet onveilig is zolang sonderin-gen met verstand worden ge?nterpreteerd;? de berekeningswijze van de negatievekleef volgens de norm een grote verbete-ringis ten opzichte van de praktijk v??r deinvoering;? vooralsnog geen aanleiding bestaat defactoren a p en as voorbepaalde paaltypente herzien.Literatuur1. NEN 6743, Geotechniek - Berekenings"methode voor funderingen op palen - Druk-palen. NNI, Delft, 1991.NEN 6740, Geotechniek - TGB 1990 - Basi-seisen en belastingen. NNI, Delft, 1991.NEN 6702, TGB 1990 - Belastingen en ver-vormingen. NNI, Delft, 1991.2. Handleiding NENGEO, computerprogram-ma voor de toetsing van paalfunderingenconform NEN 6743. Grondmechanica Delftin samenwerking met Fugro BV, MOS Grond-mechanica BV en Gemeentewerken Rotter-dam, Delft, 1993.3. Richtlijnen voor Funderingen van Gebou-wen (R.F.G.). Commissie Overleg Bouwcon-structies, Utrecht, 1985.4. Van Weeie, A. F., Negatieve kleef langs fun-deringspalen. Bouw 1970, nr52.5. Horvat, E. and C. van der Veen, NegativeSkin Friction and Safety Analysis of Piles.Proc. of the IX Int. Conf. on Soilmech. andFound. Eng., Vol. 1, Tokyo, 1977.6. Geerling, J en R. Stoevelaar, Nieuwe bevin-dingen omtrent een bekend paaltype. Ce"ment 1993, nr. 4.7. Plantema, G, Results of aSpecial Loading-Test on a Reinforced Concrete Pile, A Socal-, led Pile Sounding. Proc. of 2nd Int. Conf. onSoil Mech. and Found. Eng.; volume IV, Rot"terdam, 1948.t ' bit' Fr, punt- d~rela leve e as mg c:' ? (%)lf"i maXi punt;da ~ m ~ m?r-~;;;;;;;~::::::=I'-1j!cf",~ 10~QJ>QJ:;:: 1S+---+---t---I----+---\t~~20+---+---t---1----+-I25-'------.L---'------~_-'-"? Last-zakkingsdiagram van de paalpuntvan een grondverdringende paal volgensNEN 6743 en van de proefpaal volgens [7]1. grondverdringende paal volgens NEN67432. proefresultaten Plantemaa. gemiddelde waardeb. ondergrensc. bovengrensNaschrift van de auteurSinds de funderingsdag in oktober 1993 is de discussie over een aantal in dit artikel vermei"de zaken doorgegaan. Dit heeft er onder meer toe geleid dat in NEN 6743 een aanpassingvan de berekeningvan de negatieve kleef heeft plaatsgehad, waarbij voor de wrijvingshoek ?voor palen met een ruw manteloppervlak, zoals in de grond gevormde betonpalen, de hoekvan inwendige wrijving van de grond ~ moet worden genomen. De samenstellers van het pro-gramma NENGEO bezien momenteel in hoeverre een aanpassing van de zakkingsbereke-ning, conform in dit artikel is voorgesteld, mogelijk is.CEMENT1994/4 17