Minimale conusweerstand bij funderingen: Technische richtlijnen en toepassing in de bouw

Bij het ontwerp en uitvoering van paalfunderingen speelt de conusweerstand een belangrijke rol in het bepalen van de draagkracht en stabiliteit van een fundering. In de praktijk wordt vaak gekeken naar zowel de maximale als de minimale conusweerstand om de juiste constructieve maatregelen te nemen. Deze paragraaf richt zich op de minimale conusweerstand bij funderingen, met specifieke aandacht voor de technische richtlijnen, toepassingsvoorwaarden en relevante bouwnormen.

De minimale conusweerstand is niet minder belangrijk dan de maximale waarde. In sommige geval len is het juist de lage waarde van de conusweerstand die bepalend is voor de wapening en constructieve oplossing van de paalfundering. In dit artikel worden de relevante normen, berekeningstechnieken en praktische toepassingen besproken, gebaseerd op de informatie uit het Handboek Funderingen – Deel A (TGB 1990) van Crow.

Wat is conusweerstand en waarom is het belangrijk?

Conusweerstand is een maat voor de weerstand van de grond tegen het invoeren van een conusvormige sonde. Het wordt gemeten tijdens een CPT-sondering (Cone Penetration Test), een veel gebruikte methode om de grondversterking en -gedrag te bepalen. De conusweerstand, vaak aangeduid als qc, wordt uitgedrukt in MPa (megapascal) en is een essentieel criterium bij de bepaling van de draagvermogens en wrijving van paalfunderingen.

De minimale conusweerstand geeft aan in welke grondlagen de paal een onvoldoende grip kan krijgen. In zo'n situatie is het vaak noodzakelijk om extra constructieve maatregelen te nemen, zoals het aanbrengen van wapening of het kiezen van een andere paaltype.

Minimale conusweerstand en wapening van paalconstructies

Wanneer is wapening verplicht?

Volgens de normen die in het Handboek Funderingen worden verwerkt, is het aanbrengen van wapening in de paal verplicht wanneer de conusweerstand onder een bepaalde drempelwaarde komt. De norm NVN 6724 stelt hierover het volgende:

“Ter plaatse van grondlagen waarin de conusweerstand kleiner is dan 1,0 MPa, moet altijd een wapening in de paal worden aangebracht.”

Deze richtlijn is van belang, omdat een lage conusweerstand betekent dat de grond niet voldoende grip biedt aan de paal, wat kan leiden tot ongewenste vervormingen of het ontstaan van trekkrachten in de paal. Dit is vooral van toepassing bij grondlagen die weinig weerstand bieden, zoals los zand of organische grondlagen.

Korflengte en wapening

De korflengte, oftewel de lengte van de wapening in de paal, is een belangrijk aspect bij het ontwerp van paalfunderingen. Norm NVN 6724 stelt dat de korflengte niet groter hoeft te zijn dan 10 meter, tenzij berekeningen aantonen dat een grotere lengte nodig is. Dit betekent dat in de meeste gevallen een wapening tot 10 meter voldoende is, mits de paal voldoende verbonden is met een stabiele grondlaag, zoals een vaste zandlaag.

Wapening bij horizontale belastingen en samendrukbaar pakket

Horizontale paalbelastingen, zoals veroorzaakt door wind, aardbevingen of buigende krachten in een constructie, vereisen vaak een verlengde wapening. In dergelijke gevallen moet de wapening vaak tot in de vaste zandlaag reiken om het momentenverloop in de paal te compenseren. Dit is ook van toepassing bij schoorpalen, waarbij een samendrukbaar pakket aanwezig is. In dat geval moet ook de wapening tot in de vaste laag worden aangebracht om eventuele vervormingen te beperken.

Invloed van minimale conusweerstand op paaltype en paalvoetvorm

Paaltype en paalklassefactor

Het paaltype bepaalt mede de draagkracht en de weerstand die de paal kan bieden. In het Handboek Funderingen wordt per paaltype een paalklassefactor aangegeven. Voor paalfunderingen in grondlagen met een lage conusweerstand is het vaak verstandig om paaltype te kiezen die goed presteert op zandige of losse grondlagen. De paalklassefactor (αp) is hierbij een maat voor de invloed van de inbrengmethode op de draagkracht.

Bijvoorbeeld: - Voor geheide geprefabriceerde palen is αp = 1,0. - Voor avegaarpalen is αp = 0,8. - Voor boorpalen is αp = 0,5.

Deze factoren worden gebruikt in berekeningen om de maximale draagkracht van de paalpunt en paalschacht te bepalen. Bij lage conusweerstanden is het dus verstandig om een paaltype te kiezen met een hogere paalklassefactor, zodat de draagkracht optimaal kan worden uitgebuit.

Invloed van paalvoetvorm (β-factor)

De vorm van de paalvoet beïnvloedt ook de draagkracht van de paalpunt. In het Handboek Funderingen wordt een factor β gebruikt om rekening te houden met de vorm van de paalvoet. Voor een rechthoekige paalvoet hangt deze factor af van de verhouding L/B, waarbij L de grootste afmeting is en B de kleinste. De hoek van inwendige wrijving φ wordt verder gebruikt, waarbij φ = 40° geldt als de paalpunt in een vaste zandlaag is geplaatst.

Een grotere β-factor leidt tot een hogere draagkracht van de paalpunt. Bij een lage conusweerstand is het dus verstandig om een paalvoetvorm te kiezen die een hogere β-factor biedt, zodat de draagkracht niet te snel afneemt.

Minimale conusweerstand en berekening van schachtwrijving

De schachtwrijving speelt een grote rol bij het overbrengen van belastingen vanaf de bovenliggende constructie naar de grond. De minimale conusweerstand heeft hier een directe invloed op, omdat in grondlagen met een conusweerstand kleiner dan 1,0 MPa de schachtwrijving vaak beperkt is. Dit betekent dat de wrijving die in het ontwerp wordt aangenomen, gereduceerd moet worden om rekening te houden met de lage weerstand van de grond.

De berekening van de schachtwrijving gebeurt op basis van CPT-sonderingen en wordt gedaan met de volgende formule:

$$ F{r;\text{max};\text{schacht};i} = \alphas \cdot q{c;z;a} \cdot r \cdot \Delta L \cdot Op \cdot dz $$

In deze formule: - $ \alphas $: paalklassefactor, afhankelijk van de inbrengmethode - $ q{c;z;a} $: gemeten conusweerstand, rekening houdend met het ontgravingseffect - $ r $: reductiefactor voor afsnuiting vanwege korrelopbouw - $ \Delta L $: hoogte van het traject - $ O_p $: omtrek van de paalschacht - $ dz $: verticale richting

In grondlagen met een conusweerstand kleiner dan 1,0 MPa is $ q_{c;z;a} $ lager, wat direct leidt tot een lager resultaat voor de schachtwrijving. Dit betekent dat in dergelijke situaties extra aandacht nodig is voor het ontwerp van de fundering, bijvoorbeeld door de schachtlengte te verlengen of door een ander paaltype te kiezen.

Grenstoestanden en minimale conusweerstand

Het ontwerp van een paalfundering moet conform de norm NEN 6740 worden getoetst aan drie grenstoestanden:

Uiterste grenstoestand 1A

Bij deze toestand treden bezwijkmechanismen op in de grond. In geval van lage conusweerstand is de draagkracht van de grond beperkt, wat kan leiden tot onvoldoende draagvermogen. In dergelijke gevallen is het verstandig om een alternatief paaltype of een andere funderingstechniek te overwegen.

Uiterste grenstoestand 1B

Bij deze toestand treden zodanige vervormingen op dat de veiligheid van de bouwconstructie in het geding komt. In situaties waarin de conusweerstand onder een bepaalde drempel ligt, kan dit leiden tot ongewenste zakkingsverschillen of relatieve rotaties. In dergelijke gevallen is het belangrijk om de vervormingscriterium te controleren:

$$ wd < w{\text{req}} $$

waarbij: - $ wd $: rekenwaarde van de zakking van de paalkop - $ w{\text{req}} $: toelaatbare zakking, bepaald door de ontwerpers

Bij een rotatiecriterium geldt:

$$ \beta < 1:300 $$

waarbij $ \beta $ de maximale relatieve rotatie is. In geval van lage conusweerstand is het verstandig om extra berekeningen te doen om te zorgen dat deze criteria worden gehaald.

Bruikbaarheidsgrenstoestand 2

Bij deze toestand wordt gekeken naar de bruikbaarheid van de fundering. In situaties met lage conusweerstand kan dit leiden tot hoge onderhoudskosten of schade aan de constructie. De toetsing voor deze grenstoestand is vooral van belang bij gevoelige constructies, zoals gewelven of zwaarbelaste gebouwen.

Conclusie

De minimale conusweerstand speelt een cruciale rol in het ontwerp en uitvoering van paalfunderingen. Het bepaalt niet alleen de draagkracht van de grond, maar ook de noodzaak tot aanbrengen van wapening en de keuze van het juiste paaltype. In grondlagen met een conusweerstand kleiner dan 1,0 MPa is het verplicht om wapening in de paal aan te brengen, terwijl de korflengte maximaal 10 meter mag zijn. Bij lage conusweerstanden is het verstandig om rekening te houden met extra berekeningen, zoals het controleren van vervormings- en rotatiecriteria.

Bij het kiezen van het juiste paaltype en paalvoetvorm is het belangrijk om rekening te houden met de paalklassefactor en de β-factor, die beide een invloed hebben op de draagkracht. In situaties met lage conusweerstand is het verstandig om een paaltype te kiezen met een hogere paalklassefactor of een andere funderingstechniek in overweging te nemen.

Zowel voor bouwprofessionals als voor particuliere huiseigenaren is het begrijpen van de minimale conusweerstand essentieel bij het ontwerp en de uitvoering van een veilige en duurzame fundering. Door het juist interpreteren van de relevante normen en richtlijnen kan men ervoor zorgen dat de fundering optimaal aansluit bij de grondvoorwaarden.

Bronnen

1. Handboek Funderingen – Deel A (TGB 1990)