0

publicatie: Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen

Hoofdstuk 1 Inleiding

Hoofdstuk 1 Inleiding

1.1 Algemeen

In Nederland worden de afgelopen jaren steeds meer paalmatrassen aangelegd voor infrastructurele werken. Vanaf de eerste toepassing in Nederland rond de millennium-wisseling, is het systeem van innovatie uitgegroeid tot bewezen techniek. Bij een paalmatras wordt de wegconstructie ondersteund door een gewapende granulaatmatras. Palen onder de matras dragen vervolgens het merendeel van de belasting over op de draagkrachtige ondergrond. Deze constructies vertonen na ingebruikname weinig of geen restzetting.

De krachtsoverdracht in de gewapende matras ontstaat door boogwerking. Dit is het verschijnsel dat belasting naar stijvere elementen in de grond wordt getrokken; in dit geval de palen. De combinatie van paalfundering en gewapende aardebaan wordt aangeduid met de term paalmatras.

Figuur 1-1 Principeschets paalmatras.

De paaldeksels worden bij voorkeur boven de grondwaterspiegel geplaatst. Aangezien een grondwaterstandverlaging (bemaling) vaak ongewenst zal zijn, is dit doorgaans bepalend voor het niveau van de onderkant van de matras.

Voor paalmatrassen kunnen alle mogelijke paalsystemen worden gebruikt, zolang het stijfheidsverschil tussen palen en de omliggende grond voldoende groot is, zie Tabel 4-2, randvoorwaarde 8. Aandachtspunten bij het constructief ontwerp zijn de berekening van de draagkracht van de palen, waarvoor niet noodzakelijkerwijs dezelfde eisen gelden als bij een gebouwfundering, ontwerp en dimensionering van de paaldeksels en uiteraard de dimensioneringsberekening van de gewapende matras zelf.

Het ontwerpproces van een paalmatras geschiedt zoals aangegeven in Tabel 1-1. De stappen 1 t/m 3 (exclusief EEM-berekeningen) kunnen gezien worden als het voorontwerp. Hierin wordt het paalstramien inclusief paaltype en de wapeningssterkte bepaald. Stap 4 kan gezien worden als het definitief ontwerp, waarin aanvullende berekeningen worden gemaakt ter bepaling van de horizontale krachten en de deformaties, bijvoorbeeld met behulp van de numerieke methode.

Figuur 1-2 Palen voor paalmatras A15.

In deze publicatie komen aan bod:

  • eisen aan de gehele constructie;
  • eisen aan de palen en paaldeksels;
  • berekening draagkracht palen, inclusief negatieve kleef en horizontale belasting;  constructieve toetsing palen;
  • constructief ontwerp paaldeksels, inclusief rekenvoorbeeld;
  • eisen aan de gewapende matras;
  • ontwerp gewapende matras, inclusief rekenvoorbeelden;
  • toetsing paalmomenten met eindigeelementenmethode (EEM);
  • uitvoering paalmatras.

Tabel 1-1 Fasering ontwerp paalmatras.

Stap Benaming Onderdelen
1 Globale dimensies
  1. De geometrie (dikte, breedte) van de aardebaan (de matras), rekening houdend met eisen uit de omgeving, de drooglegging en doorponsen.
  2. Het constructiemateriaal van de aardebaan wordt gekozen, de diverse normen stellen milieukundige en constructieve eisen aan het materiaal.
2 Draagkrachtberekening palen
  1. Zowel geotechnisch als constructief; bepaling hart-op-hart-afstand van de palen.
    Zie de overwegingen in Hoofdstuk 3. De grootste kostenpost van de constructie wordt vaak gevormd door de palen.
    Bij de overgang op een niet gefundeerd wegdeel wordt de paalafstand soms geleidelijk vergroot en/of de paalpuntdiepte verkleind.
3 Constructief ontwerp matras
  1. Ontwerpberekening wapening van de matras
    • Verticale belasting, uitgaande van een boogwerkingstheorie; deze berekening geschiedt met analytische formules, zie 4.3.2;
    • Horizontale belasting, remmen van voertuigen, vetergang; zie paragrafen 2.4 en 6.2;
    • Horizontale belasting, door spreidkracht (talud); deze berekening geschiedt met analytische formules, zie 4.3.3.
4 Controles van eindzetting en stabiliteit
  1. Verwachte zetting van de paalfundering, zowel geotechnisch als constructief.
  2. Eventueel buigend moment in de palen, met behulp van een EEM-berekening, zie Hoofdstuk 6.
  3. Totale rek en rek gedurende de gebruiksfase van de geokunststof wapening (door verkeersbelasting en kruip), of te verwachten zetting door rek van de wapening.
  4. Controle van de algehele stabiliteit.
  5. Controle ondersteuning van de ondergrond (indien van toepassing).

    De zetting van matras en palen treedt vrij snel na het aanbrengen van de belasting op, afhankelijk van het tempo waarmee de ondergrond enig doorhangen van de wapening toelaat. De restzetting bij een aardebaan op palen is verwaarloosbaar.

Eurocode
Deze 2015-update van deze publicatie is in overeenstemming gebracht met de bepalingen en voorschriften zoals vastgelegd in de Eurocode. Tabel 1-2 geeft een overzicht van de gehanteerde Eurocodes.

De Europese normen hebben veelal betrekking op het constructief ontwerp van gebouwen. De daarin genoemde bepalingen zijn niet altijd van toepassing op andere civieltechnische kunstwerken, zoals ophogingen, bruggen en viaducten.

Bij verschillende Eurocodes hoort een Nationale Bijlage met specifieke aanwijzingen voor toepassing van die Eurocode in Nederland. Zo staan in de Nationale Bijlage bij NEN-EN 1997-1 de partiële factoren die in Nederland van toepassing zijn voor het geotechnisch ontwerp.

NEN 9997-1 is een samenvoeging van NEN-EN 1997-1 (Eurocode 7), de Nationale Bijlage en NEN 9097-1, de norm met aanvullende bepalingen voor het geotechnisch ontwerp.

Tabel 1-2 Overzicht Eurocodes. *

Eurocode NEN-EN Titel
NEN-EN 1990+A1+A1/ C2:2011 [8] Nationale bijlage bij NEN-EN 1990+A1+A1/C2: Eurocode: Grondslagen van het constructief ontwerp
NEN-EN 1991-1-4+A1+C2:2011 [9] Nationale bijlage bij NEN-EN 1991-1-4: Eurocode 1: Belastingen op constructies
NEN-EN 1992-1-1+C2:2011/NB:2011 [10] Nationale bijlage bij NEN-EN 1992-1-1+C2 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen
NEN 9997-1+C1:2012 [13] Geotechnisch ontwerp van constructies - Deel 1: Algemene regels
NEN-EN-ISO 22477-1:2006 [14] Geotechnisch onderzoek en beproeving - Beproeving van geotechnische constructies - Deel 1: Proefbelasting van palen door statische axiale belasting op druk

* zoals geldig en vigerend op datum van deze 2016-uitgave van publicatie 226