Infofiche 67.4.1.1 Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) Verschenen : april 2014 In deze Infofiche wordt de aandacht toegespitst op de verschillende materialen die gebruikt worden bij de uitvoering van in de grond gevormde palen met grondverdringing (categorie I). Hiertoe wordt er eerst en vooral een korte typering en beschrijving gegeven van de funderingstechniek in kwestie. Vervolgens wordt er een overzicht gegeven van de specificaties en normen die van toepassing zijn op de hierbij aangewende materialen en wordt er dieper ingegaan op de ontwerp- en prestatie-eisen die ermee verbonden zijn. Tot slot worden er ook nog een aantal bijzondere aandachtspunten belicht. 1. Funderingstechniek 1.1. Typering van het systeem Het toepassingsgebied van voorliggende materiaalfiche is beperkt tot de paaltypes die opgenomen zijn in tabel A. A Paalsystemen waarop voorliggende materiaalfiche betrekking heeft. PAALSYSTEEM CATEGORIE I: PALEN MET GRONDVERDRINGING A. GEHEIDE EN INGEPERSTE PALEN 2. In de grond gevormde paal zonder verbrede basis (¹), schacht in plastisch beton 3. In de grond gevormde paal met verbrede basis (¹), schacht in plastisch beton 4. In de grond gevormde paal met in de grond gevormde verbrede basis, schacht in droog beton (²) B. SCHROEFPALEN (³) 1. Schacht in plastisch beton (¹) De paalbasis wordt als verbreed beschouwd indien D b,e q > D s + 5 cm. (²) Dit paaltype kan ook uitgevoerd worden met een schacht in plastisch beton. (³) Enkel voor schroefpalen met flenzen van maximaal 10 cm (bv. 36/56). Voor een algemene classificatie van de verschillende bestaande paalsystemen verwijzen we naar Infofiche 67.1. De uitvoeringsnorm die van toepassing is op de hier besproken paaltypes is de norm NBN EN 12699 [23]. 1.2. Uitvoering: algemene beschrijving 1.2.1. Subcategorie A: paaltypes 2, 3 en 4 Bij de uitvoering van deze paaltypes kan men de volgende fasen onderscheiden: een voorlopige stalen voerbuis, die aan het uiteinde al dan niet voorzien kan zijn van een voetplaat, wordt tot op de gewenste diepte geheid. Het heien geschiedt met behulp van een heihamer, die ofwel een impact uitoefent op de bovenkant van de voorlopige voerbuis, dan wel op een droge betonprop die onderaan in de voorlopige voerbuis aangebracht wordt WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 1 8
bij het bereiken van de gewenste diepte wordt er voor systeemtype A4 een verbrede paalvoet gevormd door het uitheien van het semi-droge (aardvochtige) beton, waarna de wapeningskorf in de voerbuis neergelaten wordt, de buis gevuld wordt met plastisch of semi-droog beton en ten slotte continu of trapsgewijs uitgetrokken wordt voor de systeemtypes A2 en A3 blijft de voetplaat die al dan niet verbreed werd ten opzichte van de voerbuis achter in de grond. 1.2.2. Subcategorie B: type 1 Bij de uitvoering van dit paaltype kan men de volgende fasen onderscheiden: een voorlopige stalen boorbuis, die aan het uiteinde voorzien is van een al dan niet verloren verdringingsboor, wordt met een schroefbeweging tot op de gewenste diepte gebracht door een combinatie van een boorkoppel en een axiale drukkracht bij het bereiken van de gewenste diepte wordt de voorlopige boorbuis gevuld met plastisch beton, waarna deze gerecupereerd wordt. Naargelang van het systeem blijft hierbij hetzij de volledige verdringingsboor, hetzij een beperkte afsluitpunt achter in de grond. De wapeningskorf kan op twee manieren aangebracht worden: ofwel gebeurt dit in de voerbuis en vóór het betonneren, ofwel gebeurt dit na het betonneren en na het recupereren van de voorlopige voerbuis. 2. Materialen In dit hoofdstuk wordt er een overzicht gegeven van de specificaties en normverwijzingen voor de verschillende materialen die aangewend worden bij de uitvoering van in de grond gevormde palen met grondverdringing (categorie I). Het gaat hier met name om beton, wapeningsstaal en grout. 2.1. Beton Tabel B geeft een samenvatting van de specificaties en normverwijzingen die in de uitvoeringsnorm NBN EN 12699 [23] opgenomen zijn voor beton. Waar relevant, worden deze specificaties becommentarieerd. In tabel C worden de specificaties uit tabel B vertaald naar typebetonsamenstellingen overeenkomstig de normen de NBN B 15-001 [1] en. B Specificaties en normverwijzingen die in de norm NBN EN 12699 [23] opgenomen zijn voor beton. Beschouwd Specificaties Normverwijzing Opmerkingen aspect Cementtype Maximale korrelafmeting van de aggregaten CEM I CEM II/A-S en CEM II/B-S CEM II/A-D CEM II/A-P en CEM II/B-P CEM II/A-V en CEM II/B-V CEM II/A-T en CEM II/B-T CEM II/A-LL CEM II/A-M (S-V) en CEM II/B-M (S-V) CEM II/A-M (S-LL, V-LL) en CEM II/B-M (S-LL, V-LL) CEM III/A, CEM III/B, en CEM III/C D max = min[32 mm;1/4 van de vrije afstand van de langswapening] NBN EN 197-1 [2] NBN EN 12620 [22] Wateropslorping NBN EN 1008 [5] De in België gebruikelijke cementtypes zijn onderlijnd. De cementtypes CEM II en CEM III genieten de voorkeur. Men dient de voorkeur te geven aan het gebruik van rolgrind. WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 2 8
Gehalte aan toeslagstoffen Gehalte aan hulpstoffen Cementgehalte Gehalte aan fijne stoffen (d < 125 µm) De nationale regels moeten gerespecteerd worden. Het gaat NBN EN 934-2 [4] hier met name om plastificeerders, superplastificeerders en bindingsvertragers. Plaatsing in droge voorwaarden: 325 kg/m³ Semi-droog beton: 350 kg/m³ D max > 8 mm 400 kg/m³ D max 8 mm 450 kg/m³ Water-cementfactor < 0,6 Consistentieklasse Plaatsing in droge voorwaarden: Ø flow = 500 ± 30 mm of H = 150 ± 30 mm Sterkteklasse Algemeen: C20/25 tot C45/55 Semi-droog beton: > C25/30 Het betonneren van in de grond gevormde palen van categorie I voldoet aan de voorwaarden van een droge plaatsing indien er geen water of vloeistof in de voorlopige voerbuis aanwezig is. Met inbegrip van cement en toeslagstoffen. Ø flow = schudmaat (flow): F3 = 420 tot 480 mm F4 = 490 tot 550 mm F5 = 560 tot 620 mm H = zetmaat (slump): S3 = 100 tot 150 mm S4 = 160 tot 210 mm S5 220 mm C Vertaling van de specificaties uit tabel 2 naar typebetonsamenstellingen overeenkomstig de normen NBN B 15-001 [1] en de. Basisgegevens Specificaties Normverwijzing Opmerkingen A B1 B2 Keuze van de sterkteklasse Keuze van het gebruiksdomein Keuze van de omgevingsklasse C20/25 tot C45/55, te bepalen door het studiebureau NBN B 15-001 ( 4.3.1) [1] GB = gewapend beton EE1, ES1 en EA1: betontype T(0,60) Maximale korrelafmeting, minimaal cementgehalte en gehalte aan fijne stoffen (2 µm 250 µm): D max 25/32 20/22 16 C min 325 340 355 Fijne stoffen (< 250 µm) 420 445 460 NBN B 15-001, tabel 1a ( 4.1) [1] NBN EN 1536 (plaatsing in droge voorwaarden) [6] Omwille van de specifieke uitvoeringstechniek worden er aangepaste eisen voor de watercementfactor en het minimale cementgehalte vastgelegd. Wat het minimale cementgehalte betreft, wordt er tevens rekening gehouden met de toevoegsels van type II. De watercementfactor moet aangepast worden aan de hoeveelheid fijne stoffen. WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 3 8
C D E Keuze van de consistentieklasse Keuze van de nominale maximale korrelafmeting D max Eisen met betrekking tot het cementtype Eisen met betrekking tot de toevoegsels Eisen met betrekking tot de hulpstoffen Water-cementfactor: 0,60 ES3 en EA2: betontype T(0,55) Maximale korrelafmeting, minimaal cementgehalte en gehalte aan fijne stoffen (2 µm 250 µm): D max 25/32 20/22 16 C min 345 360 385 Fijne stoffen (< 250 µm) 420 445 460 Water-cementfactor: 0,55 EA3: betontype T(0,50) Maximale korrelafmeting, minimaal cementgehalte en gehalte aan fijne stoffen (2 µm 250 µm): D max 25/32 20/22 16 C min 365 380 395 Fijne stoffen (< 250 µm) 420 445 460 Water-cementfactor: 0,50 S4 (slump): 160 < H < 210 mm F4 (flow): 490 < D < 550 mm Bij bepaalde systemen kan ook S3 of F3 aangewend worden. Te bepalen door de uitvoerder D max < 1/4 van de vrije afstand van de langswapening NBN B 15-001, tabel 1a ( 4.1) [1] NBN EN 1536 (plaatsing in droge voorwaarden) [6] NBN B15-001, tabel 1a ( 4.1) [1] NBN EN 1536 (plaatsing in droge voorwaarden) [6] NBN B 15-001 ( 4.2.1) [1] NBN B 15-001 (bijlage P) [1] NBN EN 197-1 [2] NBN B 15-001 ( 5.1.2 en 5.2.2) [1] NBN B 15-001 ( 5.1.6 en 5.2.5) [1] NBN B 15-001 ( 5.1.5 en 5.2.6) [1] In deze omgevingsklasse dient men gebruik te maken van HSR-cement. Wat het minimale cementgehalte betreft, wordt er tevens rekening gehouden met de toevoegsels van type II. De water-cementfactor moet aangepast worden aan de hoeveelheid fijne stoffen. In deze omgevingsklasse dient men gebruik te maken van HSR-cement. Wat het minimale cementgehalte betreft, wordt er tevens rekening gehouden met de toevoegsels van type II. De water-cementfactor moet aangepast worden aan de hoeveelheid fijne stoffen. De aanbevelingen uit de norm NBN EN 1536 verschillen naargelang van de betonneermethode (zie tabel B) In de norm NBN EN 1536 wordt een D max < 32 aanbevolen Zie hiervoor B2 (Keuze van de omgevingsklasse) Het strekt tot aanbeveling om de hoeveelheid sterk waterreducerende hulpstoffen te beperken. WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 4 8
2.2. Wapeningsstaal Indien de palen gewapend worden met staven, dient het wapeningsstaal in overeenstemming te zijn met de eisen uit de norm NBN EN 1992-1-1 [7], waarin verder verwezen wordt naar de norm NBN EN 10080 [10]. In de normatieve bijlage C van de norm NBN EN 1992-1-1 wordt aangegeven over welke eigenschappen het staal precies dient te beschikken. Indien de palen gewapend worden met buizen of profielen, dient het wapeningsstaal in overeenstemming te zijn met de normen NBN EN 10025-2 [9], NBN EN 10210 (alle delen) [14, 15], NBN EN 10219 (alle delen) [16, 17], NBN EN ISO 11960 [25], NBN EN 10248 (alle delen) [18, 19], NBN EN 10249 (alle delen) [20, 21], NBN EN 10083 (alle delen) [11, 12, 13] of NBN EN 13670 [24]. Wat het structurele ontwerp van met buizen of profielen gewapende palen betreft, verwijzen we naar de norm NBN EN 1994-1-1 [8]. 2.3. Grout 2.3.1. Toepassing van grout tijdens de paalinstallatie In dit geval wordt het grout aan de paalvoet geïnjecteerd, waarna het via de voorlopige boorbuis terug naar de oppervlakte stroomt. Deze manier van werken is bevorderlijk voor de paalinstallatie aangezien ze de indringing in de hardere lagen vergemakkelijkt. Na de installatie zal het grout dienst doen als interface tussen de betonnen paal en de grond. In de normen zijn er geen specifieke eisen voor het toegepaste grout opgenomen. Meestal worden er cementgrouts met een relatief hoge water-cementfactor (van 0,8 tot 1,3) aangewend. 2.3.2. Toepassing van grout na de paalinstallatie (na-injectie) Deze techniek wordt zelden of nooit toegepast bij in de grond gevormde palen met grondverdringing (categorie I). 3. Ontwerp- en prestatie-eisen Tabel D biedt een overzicht van de belangrijkste ontwerp- en prestatie-eisen voor in de grond gevormde palen met grondverdringing (categorie I). D Overzicht van de belangrijkste ontwerp- en prestatie-eisen voor in de grond gevormde palen met grondverdringing (categorie I). Beschouwd aspect Normverwijzing Specificaties Wapeningskorf (algemeen) NBN EN 12699 ( 7.8.2.1) [23] Minimale sectie van de langswapening (indien deze vereist is) Tussenafstand van de langswapeningsstaven NBN EN 12699 ( 7.8.2.9) [23] NBN EN 12699 ( 7.8.2.10) [23] Bij het ontwerp van de wapeningskorf dient men voldoende rekening te houden met: de vereiste sterkte van de geïnstalleerde paal de benodigde sterkte en stijfheid van de wapeningskorf gedurende de manipulatie ervan (tijdens het transport en bij de installatie in de paal). max[0,5 %; 4 x Ø12 mm] 100 mm op de omtrek en 80 mm indien D max 20 mm Ter hoogte van de overlappingslengte is een kleinere tussenafstand toegelaten. Ø5 mm Sectie van de dwarswapening NBN EN 12699 ( 7.8.2.11) [23] Tussenafstand van de NBN EN 12699 100 mm en 80 mm indien D max 20 mm WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 5 8
dwarswapeningsstaven ( 7.8.2.10) [23] Wapeningslengte NBN EN 12699 ( 7.8.2.5) [23] In de regel wordt de wapening over de volledige paallengte aangebracht. In bepaalde gevallen mag hiervan afgeweken worden (bv. indien de paal enkel op druk belast is en zich niet in een seismische zone bevindt). De bovenste 4 m moeten echter steeds gewapend worden. Ook de paallengte die zich in slappe of losgepakte zones bevindt, dient steeds gewapend te worden. Trekpalen worden altijd over de volledige lengte gewapend. Minimale aanhechtspanning NBN EN 1992-1-1 [7] Indien de wapening uit buizen of profielen bestaat, dient men er de regels uit de norm NBN EN 1994-1-1 [8] op na te slaan. Toegelaten drukspanning NBN EN 1992-1-1 [7] Indien de wapening uit buizen of profielen bestaat, dient men er de regels uit de norm NBN EN 1994-1-1 [8] op na te slaan. Betondekking NBN EN 12699 ( 7.8.2.12) [23] 50 mm of 75 mm (in de omgevingsklassen EA1 tot en met EA3 en/of indien de wapening achteraf geplaatst wordt) 4. Bijzondere aandachtspunten In een aantal bijzondere omstandigheden kan het aangewezen zijn om aangepaste betonsamenstellingen te gebruiken. Dit geldt met name: in geval van sterke grondwaterstromingen of in artesische grondwaterlagen (bv. toepassing van colloïdaal beton) in droge zanden waarbij een ontwatering van het verse beton het neerlaten van de wapening na het betonneren kan bemoeilijken. In aanwezigheid van zeer slappe bovenlagen (bv. veen) kan het oververbruik van beton aanzienlijk oplopen (tot 30 % en meer in geval van een grondbreuk). In dergelijke omstandigheden dient men rekening te houden met het feit dat er een verhoogd risico op negatieve kleef en/of een insnoering of paalonderbreking boven de uitvloeiing bestaat. De uitvoeringstechnieken voor schroefpalen met grondverdringing met een schacht in plastisch beton kunnen eveneens aangewend worden voor het realiseren van stijve insluitsels. In voorkomend geval wordt er doorgaans gebruikgemaakt van lagesterktebeton of lagesterktemortel. In een agressieve omgeving of in het geval van zwerfstromen kan het nodig zijn om extra maatregelen te treffen, zoals: het gebruik van een aangepaste chemische staalsamenstelling het gebruik van een aangepaste beton- of mortelsamenstelling de toepassing van een kathodische bescherming het aanbrengen van een organische of anorganische coating het voorzien van materialen met een zekere overdikte het aanbrengen van een permanente casing of liners Literatuurlijst 1. Bureau voor Normalisatie NBN B 15-001 Beton. Specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit. Nationale aanvulling bij NBN EN 206-1:2001. Brussel, NBN, 2012. WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 6 8
2. Bureau voor Normalisatie NBN EN 197-1 Cement. Deel 1: samenstelling, specificatie en overeenkomstigheidscriteria voor gewone cementsoorten. Brussel, NBN, 2011. 3. Bureau voor Normalisatie NBN EN 206-1 Beton. Deel 1: specificatie, eigenschappen, vervaardiging en conformiteit. Brussel, NBN, 2001. 4. Bureau voor Normalisatie NBN EN 934-2 Hulpstoffen voor beton, mortel en injectiemortel. Deel 2: hulpstoffen voor beton. Definities, eisen, conformiteit, markering en etikettering. Brussel, NBN, 2012. 5. Bureau voor Normalisatie NBN EN 1008 Aanmaakwater voor beton. Specificatie voor monsterneming, beproeving en beoordeling van de geschiktheid van water, inclusief spoelwater van reinigingsinstallaties in de betonindustrie, als aanmaakwater voor beton. Brussel, NBN, 2002. 6. Bureau voor Normalisatie NBN EN 1536 Uitvoering van bijzonder geotechnisch werk. Boorpalen. Brussel, NBN, 2010. 7. Bureau voor Normalisatie NBN EN 1992-1-1 (+ANB) Eurocode 2. Ontwerp en berekening van betonconstructies. Deel 1-1: algemene regels en regels voor gebouwen. Brussel, NBN, 2010. 8. Bureau voor Normalisatie NBN EN 1994-1-1 Eurocode 4. Ontwerp en berekening van staal-betonconstructies. Deel 1-1: algemene regels en regels voor gebouwen (+ AC:2009). Brussel, NBN, 2005. 9. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10025-2 Warmgewalste producten van constructiestaal. Deel 2: technische leveringsvoorwaarden voor ongelegeerd constructiestaal (+AC:2005). Brussel, NBN, 2005. 10. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10080 Staal voor het wapenen van beton. Lasbaar betonstaal. Algemeen. Brussel, NBN, 2005. 11. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10083-1 Veredelstaal. Deel 1: algemene technische leveringsvoorwaarden. Brussel, NBN, 2007. 12. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10083-2 Veredelstaal. Deel 2: technische leveringsvoorwaarden voor ongelegeerd staal. Brussel, NBN, 2007 13. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10083-3 Veredelstaal. Deel 3: technische leveringsvoorwaarden voor gelegeerde staalsoorten (+ AC:2008). Brussel, NBN, 2007. 14. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10210-1 Warmvervaardigde buisprofielen voor constructiedoeleinden van ongelegeerd en fijnkorrelig staal. Deel 1: technische leveringsvoorwaarden. Brussel, NBN, 2006. 15. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10210-2 Warm vervaardigde buisprofielen voor constructiedoeleinden van ongelegeerd en fijnkorrelig constructiestaal. Deel 2: toleranties, afmetingen en profieleigenschappen (+AC:2007). Brussel, NBN, 2006. WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 7 8
16. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10219-1 Koudvervaardigde gelaste buisprofielen voor constructiedoeleinden van ongelegeerd en fijnkorrelig staal. Deel 1: technische leveringsvoorwaarden. Brussel, NBN, 2006. 17. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10219-2 Koudvervaardigde gelaste buisprofielen voor constructiedoeleinden van ongelegeerd en fijnkorrelig staal. Deel 2: toleranties, afmetingen en profieleigenschappen. Brussel, NBN, 2006. 18. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10248-1 Warmgewalste damwandprofielen van ongelegeerde staalsoorten. Deel 1: technische leveringsvoorwaarden. Brussel, NBN, 1995. 19. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10248-2 Warmgewalste damwandprofielen van ongelegeerde staalsoorten. Deel 2: toleranties op vorm en afmetingen. Brussel, NBN, 1995. 20. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10249-1 Koudgevormde damwandprofielen van ongelegeerde staalsoorten. Deel 1: technische leveringsvoorwaarden. Brussel, NBN, 1995. 21. Bureau voor Normalisatie NBN EN 10249-2 Koudgevormde damwandprofielen van ongelegeerde staalsoorten. Deel 2: toleranties op vorm en afmetingen. Brussel, NBN, 1995. 22. Bureau voor Normalisatie NBN EN 12620 Toeslagmateriaal voor beton. Brussel, NBN, 2013. 23. Bureau voor Normalisatie NBN EN 12699 Uitvoering van bijzonder grondwerk. Verdringingspalen. Brussel, NBN, 2001. 24. Bureau voor Normalisatie NBN EN 13670 Uitvoering van betonconstructies. Brussel, NBN, 2010. 25. Bureau voor Normalisatie NBN EN ISO 11960 Aardolie- en aardgasindustrie. Stalen buizen voor gebruik als bekledings- of productiebuizen van putten (ISO 11960:2011). Brussel, NBN, 2011. N. Huybrechts, ir., afdelingshoofd, afdeling Geotechniek, WTCB M. De Vos, ir., adjunct-afdelingshoofd, afdeling Geotechniek, WTCB F. De Cock, ir., zaakvoerder GEO.be (in opdracht van ABEF) Deze Infofiche werd opgesteld in de schoot van het door het IWT gesubsidieerde TIS-SFTproject Speciale funderingstechnieken en in nauwe samenwerking met de Belgische Vereniging van Aannemers Funderingswerken (ABEF). WTCB - Infofiche 67.4.1.1. - Materiaalfiche I voor palen met grondverdringing (categorie I) 8 8