Paalfunderingen passen zich aan aan hun ondergrond

Een paalfundering wordt gedefinieerd als een minimum 4 m diepe fundering die de lasten van de constructie overbrengt naar dieperliggende draagkrachtige grondlagen doorheen zwakke bovenlagen. Funderingspalen worden toegepast als de draagkrachtige laag te diep ligt voor een gewone fundering of een fundering op valse putten. “Palen worden gebruikt om ontoelaatbare zettingen te vermijden”, vervolledigt Maurice Bottiau.

Zolen en beschoeiingen

Het type fundering hangt af van de ondergrond en het type gebouw (omvang, gewicht) dat erop moet staan. “Onze palen zijn meestal in gewapend beton”, vertelt Olivier Rens. “Bij een klassieke fundering worden in functie van de ondergrond bredere of smallere zolen gemaakt, in principe 80 cm onder het maaiveld in vorstvrije ondergrond. In de industriebouw wordt onder elke kolom een zool geplaatst. Voor kantoorgebouwen worden onder de muren doorlopende funderingszolen voorzien.  In slechte ondergrond worden valse putten gebruikt: ronde putten van 1 à 2 m diameter en tot circa 5 m diep waaruit de grond met een grijper wordt verwijderd en die met beton worden volgestort. In nog slechtere grond of bij een zwaar gebouw worden paalfunderingen voorzien. In elk project doet de ingenieur stabiliteit de berekeningen voor de fundering; wij treden dus pas in tweede instantie op. Er zijn verschillende types palen met elk hun toepassingen. Voor bestaande gebouwen kunnen wij palen maken vanaf een vrije werkhoogte van 2,5 m. Hiervoor worden koker- of micropalen gebruikt. De eerste zijn metalen buizen die in de grond worden gebracht en daar achtergelaten (verloren buizen). De stukken buis worden aan elkaar gelast en tot de gewenste diepte in de grond gedraaid. Micropalen zijn dan weer metalen staven die met behulp van grout in de grond worden gedraaid. Voor beschoeiingen (die vermijden dat de grond wegzakt) zijn volgende technieken beschikbaar: secanspalen-, berliner-, Cutter Soil Mixing- (CSM als nieuwste en frequent gebruikte techniek) en diepwanden die toelaten om uitgravingen te doen naast bestaande gebouwen als er geen plaats is.”

Trillingsvrije schroefpalen

Maurice Bottiau maakt het onderscheid tussen soorten paalfunderingen in functie van het materiaal (beton, staal, hout), of ze worden geprefabriceerd (prefab palen, stalen profielen) of in de grond gevormd (gebetonneerd in situ door een avegaar of in een vooraf in de grond geplaatste buis bijvoorbeeld) en ten slotte ook de plaatsingsmethode (heien, boren, schroeven, duwen). De keuze wordt mede bepaald door de grondsoort (zand, klei, rots), de lasten die de palen moeten opnemen (van 200 kN tot meer dan 8 MN) en de milieueisen of -beperkingen (trillingen, grondafvoer). “Vandaag zijn grondverdringende, trillingsvrije schroefpalen onze standaard voor courante belastingen. Dit systeem werd in België uitgevonden en werkt prima in onze alluviale gronden. Voor hogere belastingen of in moeilijkere gronden - zoals de harde grind- of rotslagen in Zuid-België -   worden boorpalen gekozen. Voor toepassingen op weinig ruimte en/of in specifieke gronden kunnen micropalen of (schroef)kokerpalen worden ingezet. Je moet wel altijd rekening houden met de omgeving en de toegangsbeperkingen voor zware machines. Een degelijk werkplatform moet de stabiliteit van de machine en de begaanbaarheid voor de ploeg garanderen. Wij doen de hele range, maar weinig berliner- en Soilmixwanden”, stipt hij aan.

Trillingsvrije schroefpalen

Bij het plaatsen van funderingen moet vooreerst een sondering (grondonderzoek) gebeuren. “Daarnaast voorzien we ook nog een visuele controle”, aldus Olivier Rens. “We krijgen een palenplan, bepalen het type palen en berekenen hun lengte en diameter in functie van de ondergrond. Soms kunnen in de grond anomalieën optreden, zoals wegvloeiende beton. In 1988 werd 80% van de uitgevoerde palen prefab geproduceerd en geheid, vandaag nog amper 5%. In België plaatsen we in 99% van de gevallen trillingsvrije grondverdringende schroefpalen, waarbij de grond wordt weggeperst. De reden is dat de omgeving het lawaai en de trillingen van heien meestal niet toelaat. Bovendien vragen prefabpalen een bepaalde productietijd, terwijl bouwheren onmiddellijk met hun project willen starten. Ook vervuilde grond kan een invloed op het paaltype -  en meer bepaald de betonkwaliteit - hebben. Meestal wordt echter alleen het bovenste deel van de vervuiling gesaneerd en boren wij toch in diepere vervuilde grond, waarbij ook moet worden  nagezien of dit geen impact op de gezondheid van onze arbeiders heeft. Onze palen variëren meestal van 5 tot 20 m diep. Palen die 30 tot 35 m diep gaan, zijn uitzonderlijk.” Maurice Bottiau vervolgt: “Grondverdringende trillingsvrije schroefpalen worden - weliswaar soms onterecht - grootschalig toegepast in functie van bepaalde grondsoorten. Deze trend varieert echter per land. Uit een onderzoek dat ik persoonlijk deed in 2016, met bronnen als EFFC, DFI en de International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE), bleek dat op de wereldmarkt 27% geheide prefabpalen, 25% boorpalen met grote diameter, 24% avegaargeboorde palen, 7% ter plaatse gegoten palen, 7% geheide H- en buispalen, 7% verplaatsingsschroefpalen en 3% geboorde micropalen werden gebruikt. De courante paallengte bedraagt 10 tot 25 m. Voor bijzondere toepassingen moeten we soms veel dieper gaan, zoals tot 70 m in Brussel en het Landeniaan zandpakket.”

Drie aandachtspunten

Maurice Bottiau hecht vooral belang aan drie grote aandachtspunten: de grond en zijn specificaties, de paalconstructie en monitoring/testen. “Een correct begrip van de lokale grondcondities kan enkel op basis van een degelijk grondonderzoek en dito rapportage, maar deze stap wordt nog altijd verwaarloosd. Daarnaast is het belangrijk dat de opdrachtgever en zijn raadgevers hun verwachtingen (belastingen, fasering, vervormingen) omschrijven. Ten tweede kan elk paalsysteem ontoereikend blijken in functie van de specifieke grondgesteldheid en diens kwaliteit. Kies daarom zeker een aannemer met voldoende ervaring met gelijkaardige gronden. Hou er verder rekening mee dat uitvoeringssystemen evolueren en dat variërende details grote verschillen veroorzaken. Bij monitoring en testen is een correcte documentatie van de installatie van de paal dan ook extreem belangrijk. Alle aspecten van de paalinstallatie (systeemdetails, materialen, uitrustingscapaciteit, monitoring tijdens en na de installatie) moeten worden overwogen. Nieuwe technologieën kunnen voor meer inzicht zorgen. Palen testen op de site kan ook veel informatie opleveren. Helaas moeten alle werkzaamheden vandaag gelijktijdig plaatsvinden: terwijl de afbraak- of grondwerken nog bezig zijn, willen ze al met de palen beginnen. En deze zijn nog niet uitgevoerd of de vraag ontstaat om ze af te kappen. Dit leidt tot een te grote co-activiteit, met grote impact op de veiligheid en kwaliteit. Met een correcte fasering en anticipatie, en een goede buurtcommunicatie, kunnen de meeste ongemakken echter worden vermeden”, meent hij.

Sector in beweging

Intussen worden de monitoring en de kwaliteit van de palen en machines steeds beter. “Zo worden schroefpalen met groutinjectie tegenwoordig regelmatig toegepast, maar is dat een verbetering?”, bedenkt Olivier Rens. Maurice Bottiau ziet dit echter anders. “Injectie wordt toegepast waar het vermogen van de equipment te laag is om de weerstand van de grond te overbruggen. In dit geval kunnen we echt wel over een verbetering spreken. De grote evolutie situeert zich echter in de  capaciteit van de machines. Hierdoor bereikt ons vak soms de grenzen van de bestaande ontwerpmodellen. Het is een evolutie die resulteert in steeds complexere systemen en uitvoeringsdetails, maar tevens in projecten met steeds grotere dimensies en capaciteiten, op steeds grotere dieptes. Weliswaar leidt het toenemende gebruik van elektronica en monitoringssystemen tot een steeds groter inzicht en een schat aan documentatie, tenminste als deze gegevens efficiënt worden toegepast om optimalisaties door te voeren. Ons beroep moet zich aanpassen aan een aantal factoren die de jongste jaren enorm zijn veranderd: de ontwikkeling van big data, de toenemende rol van funderingscodes, de gevaarlijke evolutie van de contractomgeving en de uitdagingen die gerelateerd zijn aan de klimaatverandering. Ik maak me steeds meer zorgen over deze evoluties en hun impact op ons beroep. Onze ingenieurs in de ontwerp- en/of productieketen moeten grote gegevens- en informatiestromen verwerken, honderden e-mails lezen en beantwoorden, die vertalen in rapporten en documentatie, gedetailleerde methodeverklaringen en procedures opstellen, hun contracten en specificaties evenals de codes en voorschriften kennen, alle klanten- en teamvergaderingen bijwonen, veiligheidswandelingen houden… Maar ze moeten vooral de juiste beslissingen nemen op het vlak van geotechniek en diepe funderingen.”