ir.J.J.de HeerSchokindustrie ZwijndrechtInleidingNa het veelzijdige artikel van de heren Carreeen Hulsbergen over hetontwerpen van funde-ringen met geprefabriceerde betonnen hei-palen, is het nu de beurt aan een fabrikant.Er zijn niet veel produkten te bedenkendie hetop jonge leeftijd zo zwaarte verduren krijgenals de prefab-betonpaal. De heibelasting isbijna altijd een veelvoud van de latere ge-bruiksbelasting. Daarmee is tegelijkertijd eenbijzonder pluspunt van de prefab-betonpaalaangeduid. Elke paal ondergaat op deze wijzeeen proefbelasting. Als het heien goed wordtdoorstaan en er is voldoende aandacht be-steed aan inheiniveau en kalender, dan zal dedraagkracht van de paal volkomen verzekerdzijn. Hier speelt dus het aspect veiligheid eenbelangrijke rol. Funderen op prefab?palen isveil ig. Voor constructeur en opdrachtgever ishet interessantteweten dateen mindernauw-gezette fabrikant zichzelf straft. Een kapottepaal is immers geen reclame voor zijn bedrijf.Maar ook als de oorzaak niet bij de fabrikantligt (en u zult hetons nietkwalijk nemendatwede oorzaak vaak elders zoeken), als bijvoor-beeld de combinatie van heiblok, paal engrond niet optimaal is, dan is dat voor allebetrokkenen een nare kwestie.Verandering in paalontwerpDe geoefende Asterixlezer herkent in boven-staande figuur natuurlijk de heer Plurkis, ar-chitect ten tijde van Cleopatra, die zich eenlelijke buil valt. Ter verduidelijking mag hierCement XXXIII (1981) nr. 2nog aan toegevoegd worden dat de architecthet symbool is voor de bouwers in het alge-meen, voor alle betrokkenen, dus ook de pa-lenfabrikant.De laatste zal zijn best doen om een goed enveilig produkt te leveren. Ookhetheibedrijfende grondmechanisch-adviseurdoen hun bestom de risico's zoveel mogelijk te beperken.Het is een driemanschap dat mede uit eigen-belang zich veel moeite getroost om een goe-de, betrouwbare fundering te leveren.Hogere betonkwaliteit als risicodekkingDe fabrikant stelt zijn eisen aan de betonkwa-liteit hoger dan de VB 1974, onder meer omkapotte paalkoppen te vermijden. Bij een hei-proef in het Botlekgebied, uitgevoerd doordeHBG, werd een paal iZl450 mm geheid meteen044. Gemeten werd een drukspanningspiekvan ruim 1000 ton, dat is 50 N/mm2 . Ook al isdie heidrukspanning in normale gevallen be-duidend lager, het wijst op het grote belangvan een hoge betonkwaliteit. Daarom is voorgewapend-betonpalen de gebruikelijke be-90AI is ereigenlijk niets aande hand, het is geengezicht zo'n 'kerkhof'tonkwaliteit B 45 en voor voorgespannenbe-tonpalen B 52,5, ook al eist de VB '74 maar B37,5.De spanningen die de paal ondergaat tijdenshet transport en het hijsen in de stelling zijngoed te berekenen. In CUR-VB-rapport 42wordt een aantal resultaten vermeld van me-tingen waaruit stootco?ffici?nten kondenworden afgeleid. In de VB 1974 deel C is opgrond hiervan het een en ander verwerkt. Ookin de rekenvoorbeelden in onze Prepal?brochure 'Technische gegevens' wordt aan-gegeven hoe deze belastingstoestand kanworden berekend (fig. 1).Bij lange, slanke palen - zij worden thansslanker gemaakt dan 5 jaar geleden - kan hettransport maatgevend zijn. Dan worden erzgn. schommels toegepast. Als het hijsen in1Spanningen tijdens transport en hijsen c. Transport en hijsenEigen gewicht: qgk = Ab . 24000 . 10-6 = 4204 Nim'Transport: stootco?ffici?nt= 2,0; transport met 2 schommels, (wijdte= 2 m);gebruiksmoment M = qgk . (0,207? L - 0,7)2 . 1/2 . 2 = 72,91 kNmHijsen: stootco?ffici?nt = 1,4; hijsen in de stelling met 2 takels;gebruiksmoment M = qgk . (0,207' L)2 .1/2,1,4 = 69,64 kNmDe enqu?te omvat bijna 1 miljoen prefab-betonpalen, geheid in de jaren 1974-76. Erisonderscheid gemaakt tussen gewapend-betonpalen en voorgespannen betonpalen,tussen palen korter en langer dan 13 m, entussen gladde palen en palen met verzwaardepunt.Enqu?te naar schadegevallenHet vaststellen van de vereiste heiwapening isnog altijd voornamelijk een kwestie van erva-ring, die natuurlijk in de eerste plaats aanwe-zig is bij fabrikanten. Bij de samenstelling vanPrepal-brochure 2 stimuleerde het Adviesbu-reau voor Bouwtechniek de fabrikanten tothet bundelen van de ervaringen via eenschade-enqu?te. De resultaten waren be-langwekkend. Zij zijn in de brochureopgeno-men.De uitspraak: metgladde palen minderbreuk,zal velen bekend zijn.zwaarde punt merken het wel degelijk. Diehebben de neiging op die laag te gaan dansen.Er ontstaan dan grote trekspanningen en dekans op breuk tijdens het afheien in de vaste,laag is zeer aanzienlijk. Met een zwaar hei-blok, ofbeter nog met gladde palen kan zoietsworden vermeden.En dan de grond. We beschikken over sonde-ringen en soms over een boring. De statischedruksterkte is dus redelijk bekend. Maar hoestaat het tijdens het heien met de dynamischeweerstand en hoe metdedynamischewrijvinglangs de schacht? En wat is de invloed vansoms dunne verstorende lagen? Ik denkhier~bij aan een voor mij berucht gebied in Rotter-dam, de Spaansepolder(fig. 3). Ook daarkomt2:o'n stoorlaag voor. Op de sondering nauwe-lijks terug te vinden, maar palen met een ver-Dan komt het heien. Zoals eerder vermeld,treden tijdens het heien druk-en trekspannin-gen op, die zodanig hoog kunnen zijn, datzeeigenlijk moeten worden beschouwd alsmaatgevend voor de wapening. Helaas zijndeze heispanningen nog moeilijk te bereke-nen. Ondanks veel studies, heiproeven enmooie rekenprogramma's, speelt de ervaringnog steeds een belangrijke rol.Het is ook een moeilijke opgave. Het diesel-heiblok geeft een slag, maar de valhoogte isafhankelijk van de staat van onderhoud vanhet blok, de hoeveelheid brandstof, depuntweerstand en de elasticiteit van de hei-mutsvulling. Die mutsvulling bezit aanvanke-lijk een dikte van 12 of zelfs 18 cm, maar aanhet eind van de rit is die dikte tot een fractiedaarvan teruggebracht. Dus vari?ren ook deeigenschappen van de mutsvulling. Het be-lang van een goede heimutsvulling wordt al-gemeen onderschreven. Een nieuwe vulling,een droge vulling, een dikkere vulling en vaakzijn de heiproblemen opgelost.Eigenlijk zijn de eigenschappen van de paalzelf nog het best bekend. Wijbeschikken overkubusuitslagen (druk- en splijtproeven) eneen schiethamer. Weliswaar hebben die ge-gevens betrekking op statischebelasting. Eenpaar jaar geleden is CUR-VB-commissie C 35opgericht om onderzoek te doen naar de dy-namische treksterkte van beton van verschil-lende samenstelling. Daartoe is in het Stevin-laboratorium in Delft een bijna 12 m hogeproefopstelling geplaatst. Het eerste rapportis in de loop van 1981 teverwachten.De vraag kan gesteld worden Wat er gebeurtals bij het heien de betondoorsnede scheurt.Welke spanningen treden dan in het staal op?Hiernaar is enige studie verricht, maar de be-vindingen 2:ijn niet eensluidend. CUR-VB-commissie C 35 zal waarschijnlijk vaststellendat op dit gebied een vervolgstudie dringendgewenst is.de stelling maatgevend is, wordt er met onaf-hankelijke takels gehesen in 2 punten (fig. 2).Bij uit2:onderlijk lange palen soms wel in 3punten dat wil zeggen met een punttakel eneen broek.0 1ln 70n ""n~(so~-sr-?= ~s ~ROTTERDAP1IS AANSE POl[ ER3conusweerstand in kgf/cm ---..MVstootco?ffici?nt =1 ,4M ~ 1/2 1,4 Qgk (0,207 L)'~ 0,03 Qgk L'Ybreuk = 1,42In de stelling hijsen met twee onafhankelijketakels3Stoorlaag tussen 8 en 10 meterCement XXXIII (1981) nr. 2 914-5Percentage vervangen palen van alle gelever-degeprefabriceerdepalenvan 1974t1m 1976,onderverdeeld in paaltype en soort schade(fig. 4betreftpalen metzachtstaalwapening,fig. 5 voorgespannen palen)In figuur 4 is het breukpercentage aangege-ven van de palen, gewapend met zachtstaal.Elke paal die moest worden vervangen is alsbreukpaal aangemerkt. Ook de aard van debreuk is aangegeven: boven dehorizontale asde paalkop, onder deze as de paalschacht.Prefabpaal met zachtStaal wapening1%lengte oS 13 m lengte> 13 m 0,90,8gladde verzwaarde gladde verzwaarde 0.71%paal puntpaal paal puntpaal 0,60,9 0,50,8 0,40,7 kopschad bij 0.30,6 749 pale 0.20,50',10,4?0.3 0,10,2 0,20,1 0,3?0,40,1 0,50,20,60,3 0,70,4 0,80,5 0,90,6 1%0,7schachts0,8 "de bij0,9440 paIe1%overige schade bij 196 palen [0,03%1Prefab?paal met voorspanwapel'lingkopschad bij459 palesch"chts hade bij619 pale6055504540De 'CUR 41-formule' daarentegen springt erw?l ver bovenuit. Als men zich realiseert datbijna ??nderde van de kostprijs van de paalwordt bepaald door de wapening, dan blijktdat een bestekseis 'de wapening moet vol-doen aan CUR 41' de palen ongeveer 20%duurder maakt dan volgens ons, fabrikanten,nodig is.Een pluim voor het praktisch inzicht van deoud-bouwtoezicht man. En, bij hem passend,een beetje extra veiligheid.302510 15 20slankheid A: t -1,5'\,7Wapeningspercentage voor opnemen hei-trekspanningen tijdens het heien (volgens dediverse richtlijnen) voor voorgespannenprefab-palen6Minimum wapeningspercentage voor opne-men heitrekspanningen tijdens hetheien (vol-gens de diverse richtlijnen) en de minimumtransportwapening voor prefab-palen metzachtstaalwapeningFabriekswapeningKennis en ervaring hebben geleid tot de zoge-naamde 'fabriekswapening'. Dat is de wape-ning die de fabrikant verwerkt wanneer geenbijzondere eisen worden gesteld. Figuur 6geeft een indruk van het minimaal toegepastepercentage aan zachtstaalwapening' bij eengegeven slankheid.De lijn '1,1%' wordt vermeld in CUR-VB-rap-port 41. Men ziet dat in de praktijk bij slankhe"den kleiner dan 45 duidelijk minder wapeningwordt toegepast; bij grotere slankheden watmeer. Men bedenke daarbij dat deze fa-briekswapening leidt tot de in het voorgaandegereleveerde geringe paalbreuk.Ook voor voorgespannen palen bestaat eendergelijke grafiek (fig. 7). Verticaal weer hetminimale wapeningspercentage, maar nu ho-rizontaal de paallengte. Onderaan is vermeldvan welke blijvende voorspanning wordt uit-gegaan. Opvallend is dat de zogenaamde'Tussenbroek-wapening' wel iets, maar tochniet v??l hoger ligt dan de fabriekswapening.In figuur 5is volgens dezelfde indeling deschade aan voorgespannen betonpalen aan-gegeven. De rechterkolom geeft aan dat langepalen met verzwaarde punt een circa 5 maalgrotere kans op breuk lopen dan de anderepaaltypen. De voorlaatste kolom, gladde pa-len langer dan 13 m, geeft aan dat gemiddeld2 op de 1000 palen moesten worden v&rvan-gen. Dat is niet veel! Dat is tevens de redenwaarom fabrikanten, als ze er van overtuigdzijn dat alle betrokkenen bij de fundering hunbest hebben gedaan, zich meestal bereid to-nen gratis een vervangende paal te leveren.De anderen, namelijk heier, aannemer enprincipaal leveren dan hun aandeel in de op-lossing meestal ook gratis.Nog een opmerking: door veel wapening toete passen kan paalbreuk ongetwijfeld wordenverminderd. Maar het is w?l duur! Ik kom hier,in ander verband, nog op terug. Terugbren-gen tot 0,0% breuk lukt toch niet. Daarvoorblijven er teveelongewisheden in het totaleheigebeuren.Cement XXXIII (1981) nr. 2 928Vlakke breuk9Controle-formule voor brosse breukWo =wapeningspercentage