De 6e Nationale Houten Heipalendag De Eurocode komt eraan! Wat zijn de effecten op de berekeningen van paalfunderingen Peter Nelemans Fugro Ingenieursbureau BV 18 januari 2011
Inhoud Inleiding Europese normen voor de bouw Veiligheidsfilosofie Eurocode Ontwerpbenaderingen Eurocode 7 Ontwerp paalfundering volgens EC 7 Conclusies Date
Europese Normen voor Bouw Eurocode 0 Basis of Structural Design (EN 1990) Veiligheidsfilosofie, belastingfactoren Eurocode 1 Actions on Structures Belastingen Eurocode 2 Beton Eurocode 3 Staal Eurocode 4 Beton/staal constructies Eurocode 5 Hout Eurocode 6 Metselwerk Eurocode 7 Geotechniek Eurocode 7.1 Geotechniek Algemene regels Eurocode 7.2 Grondonderzoek en Beproeving + test- en uitvoeringsnormen Eurocode 8 Aardbevingen Eurocode 9 - Aluminium 3
Europese normen Geotechniek Eurocode 7.1 Geotechniek Algemene regels Paraplu ontwerp norm, alle geotechnische constructies Karakteristieke waarden, grondonderzoek Algemene principes voor ontwerp, partiele factoren Eurocode 7.2 Grondonderzoek en beproeving Opzet grondonderzoek Globale beschrijving proeven + correlaties Rekenmethoden Koppejan 4D/8D, Schmertmann Europese onderzoeks normen beschrijving van proeven Classificatie, lab proeven, CPT, andere veldproeven Beproeven van palen (statisch + dynamisch!), ankers Europese uitvoeringsnormen Boorpalen, Grondankers, Diepwanden, Grouten, Verticale drains, etc 4
Eurocode 7.1 - Algemeen Vergelijking EC7 versus bestaande NEN 6740 EC 7 veel breder van opzet dan NEN EC 7 veel globaler, minder in detail, minder dwingend dan NEN 3 Ontwerpbenaderingen Geen rekenmethoden voorgeschreven, weinig formules Waarden partiële factoren per land vast te stellen in Nationale Bijlage Restnorm absoluut nodig voor huidig veiligheidsniveau en rekenmethodiek Calibratie studie: Veiligheid afgestemd met huidige praktijk in NL Opstellen Nationale Bijlage en Restnorm NEN 9997-1 NEN 9997-1 in concept gereed, verschijnt Q1-2011 5
Aanvullende Bepalingen Geotechniek NEN 9997-1 Globale inhoud van NEN 9997-1 (Restnorm): 1 Algemeen (zaken, niet in EC7 bv: Grenstoestand 1B, rest NEN 6740, taluds, grondwaterstroming) 2 Fundering op palen rekenmethode druk- en trekpalen (rest NEN 6743/ CUR 2001-4, wordt dus norm!) 3 Fundering op staal rekenmethodiek (NEN 6744) 4 Damwanden/grondkeringen/ankers Stappenplan Handboek Damwanden CUR 166, wordt norm! 6
Eurocode 7.1 in Nederland Eurocode 7.1 is globaal Daarom: Nationale Bijlage Nationale factoren Samen NEN 9997-1 + Aanvullende norm NEN 9097-1 NEN-EN-1997.1 NEN 9997-1 Geotechnisch Ontwerp Deel 1 Algemene regels NEN-EN- 1997.1/NB Nationale Bijlage NEN 9097-1 Aanvullende bepalingen voor geotechnisch ontwerp
Notatie / symbolen NEN - EC 7 (voorbeelden) grootheid NEN EC 7-1 belasting weerstand / sterkte F s;d F s;v;d F s;h;d F r;d F d V d H d R d F r;punt F r;schacht R b;cal R s;cal F r;proef R m p r;max;punt q b;max zetting / zakking w s
Ontwerpbenadering 3 verplicht in NL! OB 3: partiële factoren op: - A op belasting of belastingeffect - M op materialen Ontwerp Benadering Belasting/ Belastingeffect A - Action Materiaal- Factor M- Material OB 1.1 > 1,0 = 1,0 = 1,0 Factor totale Weerstand R - Resistance G, Q v A belasting (permanent, variabel) OB 1.2 = 1,0 > 1,0 (q - last) > 1,0 = 1,0 OB 2 > 1,0 = 1,0 > 1,0 OB 3 > 1,0 > 1,0 = 1,0 Landen: NL, DK, IRL (taluds: alle landen behalve F, E) Palen NL: q c is grondparameter materiaalfactor op q c R weerstand R s R b grondsterkte, c M 9
Belastingfactoren Eurocode NEN-EN-1990 Veiligheidsklassen en betrouwbaarheidindices NEN 6700 Eurocode 0 Klasse Klasse Toepassing 1 3,2 RC1 Eengezinswoningen 2 3,4 3,3 Gebouwen < 3 verd. 3 3,6 RC2 3,8 Kantoren, Flats RC3 4,3 Hoogbouw > 70 m tribunes Belasting factoren F zijn gegeven voor RC2 RC1: = 0,9 * F RC3: = 1,1 * F Let op: NEN-klasse 3 wordt EC-klasse RC2!!!
GRONDONDERZOEK
Grondonderzoek paalfunderingen NEN9997-1 NEN 9997-1 Hoofdstuk 3 Geotechnische Categorie 1 geen onderzoek, geen negatieve kleef aanwezig, wel kalenderen! Geotechnische Categorie 2+3 Afstand sondeerpunten < 25 m Minimaal 2 sonderingen tot 5 m onder puntniveau Minimaal 1 sondering tot 10 * Diameter onder puntniveau Bouwwerken RC3 sondering tot paalpuntniveau + 3 * breedte bouwwerk, maximaal 25 m onder paalpuntniveau Gemiddelde afstand a gem : is afhankelijk van de variatie in draagkracht op 1 niveau Varieert tussen 15 m tot 25 m
Draagkracht uit sondering Van Conusweerstand naar Koppejan 4D-8D
Berekeningsmethode Puntweerstand Maximum punt weerstand: q b;max * * s* p 15 MPa q ci qcii q 2 2 ciii q c;i;gem q c;ii;gem gemiddelde waarde van conusweerstand over trajecten I, II en III q c;iii;gem p : paalklasse factor voor puntweerstand : vormfactor voor de paalpunt (verzwaarde punt e.d.) s : factor voor de l/b afmeting van de paalpunt 14
Voorbeeld berekening punt draagvermogen Betonpaal 290 mm x 290 mm D eq = 0,327 m p = b = s = 1,0 Punt niveau: NAP 18 m 8D eq = 2,26 m 4D eq = 1,13 m q c;ii q c;iii q c;i q c;i = 17,0 MPa q c;ii = 9,5 q c;iii = 8,0 q b;max = 10,6 MPa < 15 MPa 15
Positieve wrijving langs de schacht Schachtwrijving q s;max s q c = s q c = paalfactor voor wrijving = conus weerstand afsnuiten op 12 MPa, als laagdikte 1 m afsnuiten op 15 MPa, als laagdikte > 1 m 16
Positieve Schachtwrijving - voorbeeld Prefab betonpaal 290 x 290 mm 2 q c;gem = 13,0 MPa q c;max = 15,0 MPa s =0,010 Puntniveau: NAP 18,0m q c;gem = 13,0 MPa q s;gem = 0,13 MPa 17
Paalfactoren NEN 9997-1 Tabel 7c Type paal Nadere specificatie α p α s α t Betonpaal Prefab 1,0 0,010 0,007 Vibropaal 1,0 0,014 0,012 Fundex 0,9 0,009 0,009 Avegaarpaal 0,8 0,006 0,0045 Boorpaal 0,5 0,006 0,0045 Stalen paal Profiel/open buis 1,0 0,006 0,004 Tubex groutinjectie 0,9 0,009 0,009 Micropaal niet afgeperst 0,008 f afgeperst 0,011 g Andere paaltypen Hout 1,0 0,012 f indien controle proeven t = 0,012 g indien controle proeven t = 0,017 Waarden zijn geldig tot 2016!!
Achtergrond - Paalfactoren CUR 229: - Onderzoek draagkracht geheide palen - Puntdraagvermogen wanneer geheid > 8 D in zandlaag lager p = 0,6 ipv 1,0 - Overige rekenregels voldoen! NEN-commissie: - Beeld is niet compleet (alleen geheide palen in CUR 229) - Schade gevallen niet bekend - Alleen geheide palen marktverstoring - Veel nieuwe paalsystemen zonder proefbelastingen
Paalfactoren in NEN 9997-1 Tabel 7c Paalfactoren p, s, en t ongewijzigd tov NEN 6743-1 De in de tabel 7c gegeven waarden hebben een maximale geldigheidsduur tot 2016. Binnen die periode moeten de waarden zijn bepaald uit proefbelastingen, die leveranciers voor hun eigen paaltype(n) laten uitvoeren en waarvan een voor ieder toegankelijke en goedgekeurde beschrijving van het paalsysteem en van het installatieproces bij NEN is gedeponeerd. Bij het achterwege blijven van deze onderbouwing zullen de factoren voor het betreffende paalsysteem in 2016 worden gereduceerd met 33 %. Houten palen staan i.h.a. < 8D in het zand. Op dit moment nog onduidelijk of voor dit paaltype de parameters ook opnieuw moeten worden vastgesteld. Een reductie van 33% zou desastreus zijn.
Karakteristieke waarde en rekenwaarde Draagkracht uit sonderingen Karakteristieke waarde draagkracht op grond van aantal sonderingen: DRUKPALEN R c; k R c; cal ( R Min{ c; cal 3 ) gem ( R ; c; cal 4 ) min } R c;cal = berekend draagvermogen volgens Koppejan NEN 9097-1 3 en 4 zijn afhankelijk van stijfheid gebouw, aantal in situ-proeven rek enwaarde R c; d R c; k t t = partiele factor op draagvermogen (druk t = 1,2) 21
Partiële factoren draagkracht uit sondering Ontwerpbenadering OB3 weerstandsfactoren R3 Weerstandsfactoren ( R ) conform NEN6740 ( mb ) Tabel A.6/A.7/A.8 - Partiële weerstandsfactoren ( R ) - paalfundering Weerstand Symbool Set R1 R2 R3 R4 a b c d Punt b nvt nvt 1,4 1,8 1,2 1,15 nvt Schacht (op druk) s nvt nvt 1,4 1,8 1,2 1,15 nvt Totaal/gecombineerd (op druk) t nvt nvt 1,4 1,8 1,2 1,15 nvt Schacht (op trek) s;t nvt nvt - - 1,35 1,25 nvt a zonder onderzoek; hierbij moet gebruik zijn gemaakt van slagdiagrammen die bij het heien zijn opgenomen b zonder onderzoek c afgeleid uit proefbelastingen of berekend uit sonderingen d voor palen die zijn proefbelast Trekpalen s;t van 1,4 naar 1,35 ivm gewijzigde -waarde in NEN 6743-1 PAO EC7 05 22
Paalfundering - - waarden Achtergrond NEN 9997-1 -waarde hangt af van: - kennis van de bodem (aantal sonderingen) - herverdeling van belasting in het bouwwerk (stijve of slappe constructie) Bij alle sonderingen: Bepaling van paal draagkracht R c;cal op één niveau voor alle sonderingen N Bepaling van het gemiddelde waarde R c;cal;gem Bepaling van de minimale waarde R c;cal;min Bepaling van variatie coëfficiënt v = standaardafwijking/gemiddelde Check v < 12% R c;cal;min > 0,8 * R c;cal;gem,, anders aparte groep sonderingen 1 1 Rc; k Rc; cal ; gem ( 1 t v ) Rc; cal ; gem N R c;k = karakteristieke waarde van het paaldraagvermogen (5 % ondergrens) t = coëfficiënt Student t-verdeling (hangt af van N) R c; k 1 4; N R 3; N c; cal ;min 23
Paalfundering - - waarden Eurocode 7.1 maakt alleen onderscheid naar sonderingen N ( Rc; cal ) gem ( Rc; cal ) min Rc; k Min{ ; } 3 3 = 1 / NEN 4 = 1 / NEN, N 3, 4 = 0,8 * 3,N > 3 4 Sonderingen N - slappe constructie EC7.1/NB Tabel 10a 1 2 3 4 5 7 10 3 1,39 1,32 1,30 1,28 1,28 1,27 1,25 4 1,39 1,32 1,30 1,03 1,03 1,01 1,00 3;stijf = 3;slap / 1,1 (volgens EC7.1 7.6.2.3(7)) 4 = 0,8 * 3 Sonderingen N stijve constructie EC 7.1 / NB Tabel 10b 1 2 3 4 5 7 10 3 1,26 1,20 1,18 1,17 1,17 1,15 1,14 4 1,26 0,96 0,94 0,93 0,93 0,92 0,91 24
Voorbeeld - paalberekening
Hoe werkt ontwerpen met EC7 in de praktijk Voorbeeld: berekening van prefab heipalen op druk EC7-1: artikel 7.6.2.3 Draagkracht op basis van beproeving van grond Algemene formules: karakteristieke waarde met Stijve, slappe constructie Nationale Bijlage, tabel A6, A10 - Partiele factoren, -waarde Aanvullende bepalingen Geotechniek, artikel 7.6.2.3 (met subnummers) Berekening volgens NEN 6743, methode Koppejan met s, p, etc. 26
Voorbeeld Paalfundering (1) Paalfundering paalpunt niveau op 1 diepte Meer dan 10 prefab beton palen - 5 sonderingen CPT R_b;cal R_s;cal [kn] [kn] 1 450,0 150,0 2 380,0 120,0 3 415,0 158,0 4 350,0 140,0 5 406,0 160,0 R_b;cal+R_s;cal [kn] 600,0 500,0 573,0 490,0 566,0 R_c;cal mean 545,8 [kn] min 490,0 Check: St. afwijking = 43 kn, v = 43/546 = 0,08 < 0,12 Sonderingen te beschouwen als 1 groep! 27
Voorbeeld Paalfundering (2) - slappe constructie gemiddelde waarde R c;cal;gem = 545,8 kn 3 = 1,28 (tabel A.10a) R c;k = 545,8 / 1,28 = 426,4 kn minimale waarde R c;cal;min = 490,0 kn 4 = 1,03 (tabel A.10a) R c;k = 490,0 / 1,03 = 475,7 kn bepaling rekenwaarde: t = 1,2 R c;d = 426,4 / 1,2 = 355 kn niet maatgevend 28
Voorbeeld Paalfundering stijve constructie (3) gemiddelde waarde R c;cal;gem = 545,8 kn 3 = 1,17 (tabel A.10b) R c;k = 545,8 / 1,17 = 466,4 kn minimale waarde R c;cal;min = 490,0 kn 4 = 0,93 (tabel A.10b) R c;k = 490,0 / 0,93 = 526,9 kn bepaling rekenwaarde: t = 1,2 R c;d = 466,4 / 1,2 = 389 kn niet maatgevend 29
Conclusie Ontwerp met Eurocode 7 en NEN 9997-1: VERANDERING VALT MEE!!!!!!!! EC7 is erg algemeen, veel in Nationale norm Kleine veranderingen ten opzichte van huidige praktijk (NEN 6743:2006) Voornamelijk verschil in veiligheid benadering Trekpalen (CUR-rapport) nu in norm opgenomen Paalfactoren geldig tot 2016, daarna reductie óf proefbelasten Nadruk op dynamisch en statisch proefbelasten in NEN 9997-1!!!!
Vragen?? (p.nelemans@fugro.nl)