O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunder ingen70 cement 2007 6Sinds midden jaren '90 is hetgebruik van `ankerpalen' als ver-ankeringselement onder onderwa-terbetonvloeren sterk in opmars.Met de term `ankerpalen' wordenniet-geheide paalsystemenbedoeld (geboorde, in de grondgevormde verankeringselemen-ten) die van oorsprong veelalgebruikt werden als damwand-verankering, maar die, al dan nietmet enige modificatie, ook bruik-baar zijn als trekpaal.Naast het voordeel van een geluid-en trillingsarme installatiemethodekenmerken de palen zich ook dooreen effici?nt materiaalgebruikwaarbij de trekcapaciteit van hetstalen trekelement in het ontwerpvaak wordt uitgenut. Een dergelijkeontwikkeling heeft ook een keer-zijde: de grondmechanische draag-kracht van de ankerpaal wordtnamelijk maatgevend bij hetbepalen van de maximale trek-kracht.De grondmechanische draagkrachtvan ankerpalen wordt in Nederlandgebaseerd op een directe relatiemet de conusweerstand en is daar-naast afhankelijk van de diametervan de paal en groepseffecten. Deontwerpwaarden van de ankerpa-len zijn echter gebaseerd op jaren-lange ervaring in plaats van datdeze goed zijn onderbouwd metbezwijkproeven . Hierdoor gevendeze vaak aanleiding tot discussie.Bij het ontwerp van onderwaterbe-tonvloeren en verankeringenwordt gebruik gemaakt van de vol-gende bestaande CUR-richtlijnen:? CUR-publicatie 2001-4: `Ont-werpregels voor trekpalen';? CUR-publicatie 166: `Damwand-constructies' (waarin ook richt-lijnen voor ankers);? CUR-Aanbeveling 77: `Rekenre-gels voor ongewapende onder-waterbetonvloeren'.Betrouwbare ankerpalen,meten is wetening. E. de Jong, VWS Geotechniekir. E.J. Aukema, RWS BouwdienstDe ontwerpwaarden van ankerpalen in Nederland zijn veelal bepaald aan dehand van jarenlange ervaring van de leverancier. Omdat de ontwerpwaardenniet zijn onderbouwd met bezwijkproeven conform NEN 6745, geven deze vaakaanleiding tot discussie tussen opdrachtgever, opdrachtnemer en betrokkenadviseurs. CUR-commissie C152 `Ontwerp richtlijnen voor niet-geheide trekele-menten onder onderwaterbetonvloeren' brengt duidelijke richtlijnen voor hetontwerp van bouwputten met ankerpalen. Hoewel de commissie pas eind 2008de resultaten zal presenteren, is haar invloed nu al zichtbaar.1, 2 | Ankerpalen toeritHubertustunnel DenHaag(foto 1: RWSBouwdienst, foto 2:VWS Geotechniek)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunder ingencement 2007 6 71In de ontwerp- en adviespraktijkblijkt dat er leemtes of onduide-lijkheden zijn, met name op hetgebied van de bepaling van deeigenschappen (draagkracht enstijfheid) van ankerpalen.Deze leemtes hadden ook in hetrecente verleden ondervangenkunnen zijn door de uitvoeringvan proefbelastingen op de pro-jectlocatie. In Nederland is ditechter geen gemeengoed; proefbe-lastingen kosten geld en, in depraktijk misschien nog wel eenhogere drempel, tijd. De beno-digde tijd voor het realiseren vantestpalen, het uitharden, hetbeproeven en het interpreterenvan de proeven bedraagt al sneleen periode van vier weken. Eenperiode waarin redelijkerwijs nogniet met het vervaardigen van deproductiepalen kan wordengestart.L e s s e n v a n d eH u b e r t u s t u n n e lIn de speciale Geotechniek uitgavevan oktober 2006 [1] zijn lessengetrokken uit de ervaringen bijhet project Hubertustunnel. In hetproject zijn door meerdere par-tijen verschillende ankerpalengemaakt en getest. De uitkomstengaven aanleiding tot de volgendeopsomming:? voer altijd geschiktheidsproevenuit op de projectlocatie;? maak gebruik van gespeciali-seerde aannemers die bij voor-keur ervaring met de specifiekeomstandigheden van het projecthebben. Borg met behulp vanregistraties dat de productiepa-len minimaal gelijkwaardig zijnaan de proefpalen;? bij het opstellen van een proef-programma moet naast de haal-baarheid van een bepaald paal-puntniveau ook wordengestreefd naar de uitvoering vaneen bezwijkproef.C U R - c o m m i s s i e C 1 5 2Mede naar aanleiding van de erva-ringen bij het hierboven bespro-ken project is door de marktpar-tijen (opdrachtgevers,opdrachtnemers en adviseurs)CUR-commissie C152 `Ontwerprichtlijnen voor niet-geheide trek-elementen onder onderwaterbe-tonvloeren' opgericht.De doelstelling van C152 is eenaantal leemtes op te vullen bij hetontwerp van bouwputten metankerpalen. Op hoofdlijnen vallenvier deelonderwerpen te onder-scheiden:1. verantwoorde veiligheidsbe-schouwing voor de draag-kracht van niet-geheide anker-palen;2. bepaling van de maatgevendestijfheid van de palen en dam-wanden in relatie tot hetontwerp van de onderwaterbe-tonvloer;3. testprotocol en uitvoeringspro-tocol;4. staaltechnische aspecten.Deze onderwerpen met de onder-liggende aspecten zullen verderopin dit artikel nader worden toege-licht. Eerst zal worden ingegaan opde werkwijze van de commissie.C l a s s i f i c a t i eAllereerst is er een classificatiegemaakt van de te analyserenpaalsystemen binnen C152.Hiermee is de scope van de com-missie duidelijk, en wordt tevensduidelijk waar de paalsystemenvan elkaar verschillen. Belangrijkeonderscheidende variabelen in deinstallatiemethode zijn de wijzevan inbrengen en het al dan nietafpersen van het groutlichaam.Dit heeft uiteindelijk geleid tot dein tabel 1 aangegeven indeling.Van de onder E genoemde paalsy-stemen zal te zijner tijd wordenbesloten of hierop in de rappor-tage van C152 nader zal wordeningegaan. Dit is onder meerafhankelijk van door de leveran-ciers aan te leveren (proef-)gege-vens van projecten.V e r z a m e l e np r o e f g e g e v e n sDe eerste taak van de commissiewas het verzamelen van zoveelmogelijk proefresultaten. Aan allepartijen die deelnemen aan decommissie is gevraagd zoveelmogelijk beschikbare gegevensvan proeven aan te leveren. Alleaangeleverde gegevens zijn gedigi-taliseerd en verzameld in eendatabase. Deze database vormt debasis voor de verdere activiteitenbinnen de commissie. Gezien degrote hoeveelheid proeven is ereen keuze gemaakt welke proevennader zullen worden uitgewerkt.Bij de uitwerking van de proevenworden de draagkracht (t-factor)en de veerstijfheid van de proefpa-len vastgesteld volgens een vastge-legd uitwerkingsprotocol.Hiermee is gegarandeerd dat deuitwerking van de proeven binnende commissie op een uniformewijze plaatsheeft.D r a a g k r a c h tZoals de term `ankerpalen' al aan-geeft, gaat het over ankersystemendie worden toegepast als paal. Ditlijkt misschien slechts een kwestievan naamgeving, maar in dehuidige ontwerprichtlijnenhebben ankers (volgens CUR 166)en palen (volgens CUR 2001-4)een fundamenteel verschillendveiligheidsconcept. Een ankerwordt vrijwel altijd beproefd (kwa-liteitscontrole achteraf) en heeftdaardoor in het ontwerp een rela-tief lage veiligheidsfactor. Een paalwordt slechts zelden beproefd envereist daarom een veel hogereveiligheidsfactor.3 |Beproeven ankerpalenin droge bouwkuip(foto: Volker Staal enFunderingen)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunder ingen72 cement 2007 6Een extra complicerende factor isdat een paal onder een onderwa-terbetonvloer altijd wordt belastals een groepspaal. Een standaardcontroleproef (tot de rekenwaardevan de groepsbelasting) heeft danvanuit het oogpunt van verificatievan de draagkracht in de gebruiks-fase beperkte waarde. Een contro-leproef bij een groepspaal moeteventueel tot een hogere belastingworden uitgevoerd ter compensa-tie van de f2-factor volgens CUR2001-4 [2].Wanneer een substantieel aantalpalen zou worden belast met een(nog te standaardiseren) groeps-controleproef, zou afhankelijk vande hoeveelheid uitgevoerdegeschiktheids- en controleproe-ven, een lagere veiligheidsfactorop de draagkracht kunnen wordentoegelaten. Daarmee wordt hetveiligheidsniveau tussen ankersen palen ingevuld, waarbij voor deuiteindelijke keuze bedrijfsecono-mische redenen de doorslagzouden moeten geven.Het vaststellen van de ontwerp-waarde van de draagkracht heeftbij ankerpalen veelvuldig geleidtot discussies tussen betrokkenpartijen. De discussie heeft metname betrekking op de te hante-ren t-factor. Veel leverancierspassen een t-factor toe die geba-seerd is op ervaring, terwijl dezefactoren niet altijd kunnenworden onderbouwd met rele-vante proefbelastingen. Daarnaastgeldt ook hier dat ervaringen uithet verleden helaas niet altijd eengarantie bieden voor de toekomst.Dat dit tot onaangename verras-singen kan leiden is bijvoorbeeldgebleken bij de bouwkuipen vande Hubertustunnel (foto 1,2; [1]).Het uitgangspunt van commissieC152 is dan ook dat er in principebij elk project geschiktheidsproe-ven op de projectlocatie moetenworden uitgevoerd, en indien datniet haalbaar is er een lagere ont-werpwaarde moet wordengebruikt, of dat meer palen dooreen controleproef moeten wordengetest. Situaties waarin geenproeven worden gedaan zoudenkunnen optreden bij projectenmet weinig palen of meer in alge-mene zin in situaties waar depotenti?le winst van een hogeret-factor niet opweegt tegen dekosten van de proeven of de ver-traging van het project.Hoewel het binnen C152 wel debedoeling is uit de beschikbareresultaten in de proevendatabaseaf te leiden welke range aan t-fac-toren wordt gevonden, is hetnadrukkelijk niet de bedoeling perpaaltype/paalsysteem ??n alge-meen toe te passen t-factor vastte stellen. De daadwerkelijk tegebruiken t-factor zal dus perproject moeten worden vastgesteldop basis van proefresultaten.Daarnaast zal er per paaltype welmoeten worden gekozen voor eenveilige ondergrenswaarde die kanworden gebruikt als er toch geenproefbelastingen worden uitge-voerd.Een ander essentieel punt bij debepaling van de draagkracht is deomgang met conuswaarden groterdan 15 MPa. Hogere waardenzouden volgens CUR 2001-4 /NEN 6743 moeten worden afge-snoten. Ankerpalen worden juistvaak toegepast bij hoge conus-waarden, en in veel gevallen lijktdeze afsnuiting erg conservatief.Tabel 1 | Classificatie van de binnen C152 te beschouwen paalsystemenwijze van installatie naamgeving paalsysteemA verbuisd inboren (in de grond afpersen) inwendig terugspoelen boorvloeistof tussen Gewi-paalboorbuis en casing;na plaatsen trek/drukelement afpersentijdens stapsgewijs trekken casingB spoelboren (in de grond afpersen) uitwendig terugspoelen boorvloeistof buitenom Gewi-paalboorbuis; Fundex trekankersna plaatsen trek/drukelement afpersen tijdensstapsgewijs trekken boorbuisC1 zelfborende ankers / palen tijdens inboren onder (hoge) druk groutinjectie Jetmix groutinjectiepaal(in de grond afpersen) uit nozzle nabij punt waardoor groutschil de De Vries Titan groutinjectieboorbuis omhult micropaalC2 zelfborende ankers / palen idem, maar dan zonder overdruk / afpersen Franki Micropalen(zonder afpersen; hydrostatische druk) Terra-Titan-paalD1 schroefpalen met groutinjectie tijdens inschroeven onder (hoge) druk leeuwankerpaal(in de grond afpersen) groutinjectie uit nozzle nabij punt welke groutinjectiepaalvermengd wordt met omringende grond schroefgroutpaalschroefinjectiepaalD2 schroefpalen met groutinjectie idem, maar dan zonder overdruk / afpersen Tubex palen(zonder afpersen; hydrostatische druk) Fundex palenE bijzondere ankertypen intrillen trek/druk element met groutinjectie R?ttel-injectiepaal- R?ttel-injectiepalen indrukken/slaan m.b.v. hulpstang klapankers- klapankers boren of intrillen Soilex ankers- Soilex ankers / expander bodiesO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunder ingencement 2007 6 73Wanneer wordt gekozen voor eenandere wijze van afsnuiten moetgoed worden vastgelegd hoe de t-waarde is bepaald, zodat bij hetontwerp van de palen dezelfdemethode wordt gebruikt als bij deuitwerking van de proef. Daar-naast moet helder zijn waar in hetrekenproces de afsnuiting plaats-heeft (voor of na het uitrekenenvan het groepseffect).S t i j f h e i dDe verticale stijfheden van anker-palen en (dam)wanden zijn essen-ti?le ontwerpparameters voor hetontwerp van de onderwaterbeton-vloer. Voor de bepaling hiervanwordt op het moment vooralgebruik gemaakt van CUR-Aanbe-veling 77, maar de indruk bestaatdat dit een veelal conservatieveaanpak geeft. Ook zijn de in dezeaanbeveling gegeven formules,zeker voor ankerpalen, niet vol-doende geverifieerd met praktijk-gegevens.De stijfheid van de (dam)wandenis hierbij een onderbelichte para-meter, waarvoor ook heel weinigmetingen beschikbaar zijn. Daar-naast is ook de keuze voor veranke-ring of juist stempeling vaninvloed op de veerstijfheid van dewand. Een verankerde damwandzal een grotere verticale veerstijf-heid hebben dan een gestempeldewand. De stijfheid en hoek van deverankering be?nvloeden de verti-cale stijfheid van een verankerdewand.Binnen de commissie zal wordenbekeken of hiervoor praktischbruikbare regels zijn op te stellen.Als onvoldoende praktijkgegevensbeschikbaar zijn, zal met behulpvan modellen worden geprobeerdhiervoor regels vast te stellen dierekening houden met bovenge-noemde aspecten.Ook voor het bepalen van de ont-werpwaarde voor de veerstijfheidvan ankerpalen is geen goedemethode beschikbaar. De methodedie in CUR-Aanbeveling 77 staatbeschreven, gaat voorbij aan eenaantal aspecten die toch eenbelangrijke bijdrage leveren aande veerstijfheid. Daarnaast is dezemethode niet gebaseerd op pro-jectspecifieke proeven, wat(evenals bij het aspect draag-kracht) wel wenselijk is.Bij de bepaling van de veerstijf-heid vanuit proeven spelen de vol-gende drie factoren een belang-rijke rol:1. Bepaling van (lineaire) veercon-stante vanuit niet-lineaire last-ver-plaatsingscurvesDe last-verplaatsingscurve van eenproefpaal heeft in het algemeeneen niet-lineair verloop. Oorzakenhiervan zijn onder meer tensionstiffening van de paal en niet-lineair en tijdsafhankelijk gedragvan de grond (waaronder kruip).Het bepalen van een eenduidigelineaire veerconstante (zoalsgebruikelijk voor de berekeningvan onderwaterbeton) is daaromgeen eenvoudige zaak. Daarnaastis ook de statistische verwerkingvan de proeven een belangrijkaandachtspunt. Afhankelijk vande hoeveelheid proeven en despreiding hierin zal een veilig-heidsfactor voor de rekenwaardemoeten worden vastgesteld.2. Verschillen tussen proefpaal enproductiepaalEen proef wordt vaak uitgevoerdvanaf het bestaande maaiveldvoordat de bouwkuip is gereali-seerd. Daarnaast kan er, om deproef tot bezwijken te kunnenvoortzetten, voor zijn gekozen omhet groutlichaam van de proefpaalkorter te maken dan bij de pro-ductiepalen of om meer of anderstaal in de proefpaal te gebruikendan bij de productiepalen. Al dezeomstandigheden kunnen ertoeleiden dat het stijfheidsgedrag vande proefpaal niet goed te vergelij-ken is met dat van een productie-paal.3. Verschillen tussen enkele paal engroepspaalEen proef wordt eigenlijk altijduitgevoerd op een enkele paal,terwijl een paal onder een onder-waterbetonvloer altijd wordt belastals groepspaal. Door het groepsef-fect ontstaan andere korrelspan-ningen ter plaatse van het groutli-chaam. Daarnaast zal door hetdroogpompen van een bouwkuipopvering van de ondergrondonder de bouwkuip ontstaan.Deze opvering is het grootst in hetmidden van de bouwkuip enneemt af tot buiten de bouwkuip.Deze effecten spelen natuurlijkook bij andere paaltypen, maardoor de veelal lagere stijfheid vanankerpalen neemt de gevoeligheidvoor deze effecten toe.Binnen C152 zullen de genoemdeeffecten worden onderzocht metverschillende rekenmodellen,waarbij het zwaartepunt zal liggenop Plaxis-berekeningen. Hiermeekunnen simulaties worden gedaanvan verschillende praktijksituaties,maar ook van situaties die in depraktijk niet haalbaar zijn. Opbasis van de resultaten van dezesimulaties en vergelijking metproefresultaten, zullen praktischeontwerprichtlijnen voor de stijf-heid worden bepaald.T e s t p r o t o c o l e nu i t v o e r i n g s p r o t o c o lKenmerkend voor ankerpaalsyste-men is de relatief grote mate vanuitvoeringsgevoeligheid. Dit betreftzowel de productieomgeving (uit-voering vanaf maaiveld, traverse ofdrijvende stelling, enz.) als deinstellingen van de machine(drukken, voortgangssnelhedenenz.) Op deze laatste factorenkunnen ook de kennis en ervaringvan de boormeester van groteinvloed zijn. Toch zal het wenselijkzijn deze factoren zoveel mogelijkobjectief vast te leggen. De nood-zaak hiervoor neemt nog extra toedoor het uitvoeren van proefbelas-tingen. Wanneer het ontwerp geba-seerd is op proefpalen moet er vol-doende zekerheid zijn dat deproductiepalen van vergelijkbarekwaliteit zijn. Dit kan alleen doorde uitvoeringsparameters van deproductiepalen te vergelijken metO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eFunder ingen74 cement 2007 6die van de proefpalen. Wanneer erafwijkingen zijn kan dit bijvoor-beeld aanleiding vormen voor extracontroleproeven.Per paalsysteem zal daarom dui-delijk moeten worden wat er inhet werkplan moet wordenbeschreven en welke productiege-gevens en uitvoeringsparametersmoeten worden vastgelegd tijdenshet aanbrengen van de paal.Bij het beproeven van de palen iser behoefte aan een proefprotocolwaarin de procedure van beproe-ven helder en eenduidig wordtbeschreven. Aspecten die hierinaan de orde zouden moetenkomen, zijn onder meer hoeveelbelastingstrappen, duur en belas-tingsniveau van elke belastingtrap,met of zonder ontlasten-herbelas-ten, de wijze van meten en dewijze van krachtsafdracht. Hier-voor kan worden aangesloten opde reeds bestaande voorschriftenvan CUR 166 en NEN 6745-2.S t a a l t e c h n i s c h e a s p e c t e nBij de ankerpalen die op ditmoment op de markt zijn, wordtgebruik gemaakt van diverse staal-soorten, waarvan de specificatiesniet altijd volgens de geldendenormen worden bijgeleverd. Hetis de bedoeling dat de gebruiktestaalsoorten allemaal wordengeclassificeerd volgens de Euro-pese norm EN 10025. Daarbij zalonderscheid worden gemaakt inde oorspronkelijke staalkwaliteitvoor bewerking en de staaleigen-schappen van het bewerkteproduct.Binnen C152 zal de veiligheid ophet staal worden beschouwd enworden indien nodig aanbevelin-gen gedaan voor aanvullingen ofwijzigingen van de materiaalfacto-ren en belastingfactoren.Ook de duurzaamheid en de cor-rosiebeschermende maatregelenzullen worden beschouwd. Hierbijzal waar mogelijk worden aange-sloten op beschikbare Europesenormen, CUR 166 en NEN 6770.Wanneer ankerpalen (tevens) alsdrukelement worden toegepastspeelt ook de knikstabiliteit van depalen een rol in het ontwerp, metname als de palen door een dikpakket slappe lagen gaan. Deknikstabiliteit van slanke stalenelementen zal worden beschouwdop basis van NEN-EN 14199 `Uit-voering van bijzonder geotech-nisch werk ? Micropalen'.C o n c l u s i eDe resultaten van de commissiezullen eind 2008 in de vorm vaneen CUR-publicatie worden gepre-senteerd. De invloed van de CUR-commissie is echter nu reedszichtbaar in de dagelijkse praktijk.Het aantal geschiktheids- enbezwijkproeven dat in het afgelo-pen jaar is uitgevoerd is groterdan in de tien jaren ervoor. Hetnut van geschiktheidsproeven opde projectlocatie wordt door zowelde opdrachtgevers (beperken vanrisico's of van onzekerheid naarbetrouwbaarheid) als de opdracht-nemers (optimalisatie van de toete passen paallengte) ingezien.Met het resultaat van de CUR-commissie hebben ontwerpersstraks de mogelijkheid te kiezenuit betrouwbare paalsystemen meteen bekende draagkracht en stijf-heid, die bovendien op de project-locatie aan de hand van geschikt-heidsproeven kunnen wordengeverifieerd. nL i t e r a t u u r1. Aukema, E.J., Ankerpalen voorde toeritten van de Hubertus-tunnel in Den Haag. Geotech-niek oktober 2006.2. CUR-rapport 2001-4, Ontwerp-regels voor trekpalen. Stich-ting CUR, Gouda, juni 2001.3. CUR-Aanbeveling 77, Reken-regels voor ongewapendeonderwaterbetonvloeren.Stichting CUR, Gouda, mei2001.4. CUR-publicatie 166 (vierdedruk), Damwandconstructies.Stichting CUR, Gouda,oktober 2005.5. NEN 6745-2:2005, Geotech-niek - Proefbelasting van fun-deringspalen - Deel 2: Stati-sche axiale belasting op trek.6. NEN-EN 14199:2005, Uitvoe-ring van bijzonder geotech-nisch werk ? Micropalen.4, 5 | Beproeven ankerpa-len in een nattebouwkuip(foto's: RWSBouwdienst)