De invloed van paalafstand bij funderingen op palen: technische overwegingen en toepassingen

Bij funderingen op palen speelt de afstand tussen de afzonderlijke palen een cruciale rol in het gedrag van de funderingsconstructie, de zakkingen en de overdracht van belastingen naar de ondergrond. De keuze voor een geschikte paalafstand wordt bepaald door tal van factoren, waaronder de draagkracht van de ondergrond, de stijfheid van de paal, de belasting van het gebouw en de interactie tussen palen en grond. In dit artikel wordt ingegaan op de technische aspecten van paalafstand bij funderingen op palen, met aandacht voor toepassingen, berekeningsmethoden en het effect op de stabiliteit van de constructie.

Inleiding: Waarom paalafstand belangrijk is

Bij het ontwerpen van een fundering op palen wordt vaak gekeken naar de diepte van de draagkrachtige laag, de aard van de grond en het gewicht van het gebouw. Echter, ook de horizontale afstand tussen de palen bepaalt het gedrag van de fundering. Een te grote of te kleine afstand kan leiden tot ongelijkmatige zettingen, onvoldoende belastingoverdracht of overspanningen in de constructie. Daarom is het noodzakelijk om bij het dimensioneren van funderingen op palen ook rekening te houden met de paalafstand en de interactie tussen palen en grond.

In Nederland, waar de bodem vaak zandachtig of veeg is, worden funderingen op palen vaak gebruikt. Vooral in het westen van het land is dit vanwege de diepe zandlagen een vereiste. Hierbij speelt de paalafstand een rol in de stabiliteit van het gebouw, de zakkingen en de belastingverdeling. In dit artikel worden de relevante aspecten van paalafstand besproken, met een nadruk op technische details en toepassingsvoorbeelden.

1. Invloed van paalafstand op de draagkracht en zakking

1.1. Groepseffect van palen

Een belangrijk technisch fenomeen bij funderingen op palen is het zogenaamde groepseffect. Dit effect beschrijft de interactie tussen meerdere palen en de grond, en hoe de belastingverdeling en de zakkingen worden beïnvloed door de afstand tussen de palen. In de praktijk betekent dit dat palen dicht bij elkaar geplaatst worden, de grond onder en rondom de palen wordt versterkt, wat leidt tot een hogere lokale draagkracht.

Volgens bron [1] is de afdracht van belasting door palen afhankelijk van de positie van de paal binnen een groep. Randpalen dragen de belasting af aan een minder zakkend massief, terwijl middenpalen hun belasting moeten overdragen aan grond die al door andere palen is samengedrukt. Dit resulteert in grotere zakkingen bij middenpalen. De afstand tussen de palen bepaalt hier dus het gedrag van de fundering.

De zakkingen van de fundering worden ook beïnvloed door de paalafstand. Volgens bron [1] is het gedrag van een groep palen niet lineair met de afstand; na een zakking van enkele centimeters is vaak al een groot deel van de draagkracht gemobiliseerd. Dit is belangrijk bij het bepalen van de zakking in de bruikbaarheidsgrenstoestand (SLS). Hierbij wordt vaak een lage representatieve waarde voor de draagkracht van de palen gebruikt.

1.2. Stijfheid en belastingverdeling

De stijfheid van de palen en de afstand ertussen bepalen ook de belastingverdeling in de funderingsplaat. Bij een fundering op palen met een hoge stijfheid wordt de belasting sneller overgedragen naar de ondergrond, wat kan leiden tot grotere lokale drukken. Bij een lage stijfheid daarentegen wordt de belasting meer gelijkmatig verdeeld, wat gunstiger is voor het voorkomen van ongelijkmatige zettingen.

In bron [1] wordt uitgebreid ingegaan op de invloed van de stijfheid van de palen op de momenten in de funderingsplaat. Het is hierbij onduidelijk welke combinatie leidt tot het maatgevende moment: een slappe fundering met hoge draagkracht of een slappe fundering met lage draagkracht. Daarom wordt vaak gekozen voor een analyse met zowel hoge als lage stijfheid van de palen om de meest kritieke situatie te bepalen.

2. Invloed van paalafstand op de constructie van de funderingsplaat

2.1. Verdeling van belasting in de plaat

De afstand tussen palen heeft een directe invloed op de belastingverdeling in de funderingsplaat. Bij een grotere paalafstand moeten de palen meer belasting overdragen, wat kan leiden tot hogere momenten in de plaat. Dit heeft gevolgen voor de benodigde dikte en het ontwerp van de plaat. Daarom is het belangrijk om bij het ontwerpen van een paal-plaatfundering rekening te houden met de afstand tussen de palen en de draagkracht van de grond.

In bron [1] wordt verder uitgelegd dat paal-plaatfunderingen effectief zijn als de staalfundering sterk genoeg is om de eisen aan de uiterste grenstoestand (UGT) te voldoen. In dat geval dienen de palen enkel de zakkingen te reduceren. Dit betekent dat de palen tot aan hun grensdraagkracht kunnen worden belast, wat ook invloed heeft op de paalafstand.

2.2. Invloed op de zakking

De zakking van een funderingsplaat wordt beïnvloed door de afstand tussen de palen. Bij een grotere afstand is de ondersteuning van de plaat zwakker, wat kan leiden tot grotere zakkingen. In de praktijk wordt daarom vaak gekozen voor een paalafstand die de zakking beperkt, vooral bij zware of hoge gebouwen. De zakking wordt hierbij berekend in de bruikbaarheidsgrenstoestand (SLS), waarbij een onzekerheidsfactor kan worden toegepast om rekening te houden met variaties in de draagkracht van de palen.

In bron [1] wordt een voorbeeld genoemd van een project waarbij een paal-plaatfundering is toegepast: de Carlton-toren in Almere. In dergelijke gevallen is het van groot belang dat de paalafstand zorgvuldig is bepaald om de zakkingen te beperken en de belastingverdeling te optimaliseren.

3. Invloed van paalafstand op de inbrengmethode

3.1. Categorieën van inbrengmethoden

De inbrengmethode van een paal heeft invloed op de grondveranderingen en daarmee op de draagkracht en het vervormingsgedrag van de paal. In bron [2] worden drie categorieën van inbrengmethoden onderscheiden, gebaseerd op de mate van grondverdringing:

• Categorie A: Inbrengmethode met grondverdringing
• Categorie B: Inbrengmethode met geen of geringe grondverdringing
• Categorie C: Inbrengmethode met grondverwijdering

De keuze van de inbrengmethode beïnvloedt de paalafstand, omdat grondverdringing of -verwijdering de structuur en dichtheid van de grond verandert. Bij een inbrengmethode met grondverdringing (Categorie A) kan de grondverdichting leiden tot een hogere lokale draagkracht, wat kan resulteren in een kleinere paalafstand. Bij inbrengmethoden met grondverwijdering (Categorie C) kan de draagkracht juist lager zijn, wat kan leiden tot een grotere paalafstand.

3.2. Invloed op de draagkracht

De draagkracht van een paal wordt bepaald door de inbrengmethode en de afstand tot andere palen. In bron [2] wordt uitgebreid uitgelegd dat de inbrengmethode van essentieel belang is voor de draagkracht van de paal. Bij inbrengmethoden met grondverdringing wordt de grond samengedrukt, wat leidt tot een hogere draagkracht. Dit is een positief effect, maar kan ook tot grondverplaatsingen leiden, die invloed hebben op de paalafstand.

In dergelijke gevallen is het belangrijk om bij het ontwerp van de fundering rekening te houden met de invloed van grondverdringing op de paalafstand. Dit betekent dat bij inbrengmethoden met grotere grondverdringing, de paalafstand mogelijk kleiner kan zijn, omdat de draagkracht van de ondergrond hoger is.

4. Paalafstand en toepassing in de praktijk

4.1. Gebruik in het westen van Nederland

In het westen van Nederland, waar de bodem vaak zandachtig is en de draagkrachtige laag diep ligt, wordt vaak gekozen voor een fundering op palen. In bron [5] wordt genoemd dat in het westen van Nederland bijna altijd een fundering op palen nodig is, terwijl dit in het oosten minder vaak het geval is. Dit heeft gevolgen voor de paalafstand, omdat de draagkracht van de ondergrond daar minder is.

In dergelijke gevallen is het belangrijk dat de paalafstand zorgvuldig wordt bepaald, zodat de belasting van het gebouw goed wordt overgedragen naar de ondergrond. In het westen wordt vaak een kleinere paalafstand gekozen om de zakkingen te beperken en de draagkracht van de ondergrond te optimaliseren.

4.2. Invloed op de constructie

De paalafstand heeft ook invloed op de constructie van het gebouw. Bij een grotere paalafstand is de ondersteuning van de funderingsplaat zwakker, wat kan leiden tot grotere momenten in de plaat. Dit heeft gevolgen voor de benodigde dikte en het ontwerp van de plaat. In de praktijk wordt daarom vaak gekozen voor een paalafstand die de zakkingen beperkt en de belastingverdeling optimaliseert.

In bron [1] wordt genoemd dat paal-plaatfunderingen vooral effectief zijn bij hoge en zware gebouwen met niet al te diepe kelders. In dergelijke gevallen is het van groot belang dat de paalafstand zorgvuldig is bepaald, zodat de zakkingen en belastingverdeling optimaal worden gereguleerd.

5. Invloed van paalafstand op de grondonderzoek

5.1. Noodzaak van een grondonderzoek

Voor het bepalen van de juiste paalafstand is een grondonderzoek van essentieel belang. In bron [4] wordt uitgebreid uitgelegd dat een grondonderzoek bestaat uit een veldonderzoek en een laboratoriumonderzoek. Het veldonderzoek bepaalt de diepte van de draagkrachtige laag en de positie van de grondwaterspiegel, terwijl het laboratoriumonderzoek de sterkte en stijfheid van de grond bepaalt.

Bij een fundering op palen is het belangrijk dat het grondonderzoek voldoende gedetailleerd is, zodat de paalafstand en de draagkracht van de ondergrond goed kunnen worden bepaald. In dergelijke gevallen is het vaak nodig om extra eisen te stellen aan het grond- en laboratoriumonderzoek, zoals vermeld in artikel 11.2 van NEN6740.

5.2. Invloed op de berekening van de paalafstand

Het grondonderzoek beïnvloedt ook de berekening van de paalafstand. In bron [2] wordt genoemd dat de paalafstand wordt bepaald op basis van de inbrengmethode en de draagkracht van de ondergrond. Bij een diepere draagkrachtige laag is een kleinere paalafstand vaak noodzakelijk, omdat de draagkracht van de ondergrond hoger is. In dergelijke gevallen is het belangrijk om bij het ontwerp van de fundering rekening te houden met de invloed van de paalafstand op de zakkingen en belastingverdeling.

6. Invloed van paalafstand op de sterkte en duurzaamheid van de fundering

6.1. Invloed op de sterkte

De paalafstand heeft een directe invloed op de sterkte van de funderingsplaat. Bij een grotere afstand tussen de palen is de ondersteuning van de plaat zwakker, wat kan leiden tot hogere momenten en grotere spanningen in de plaat. Dit heeft gevolgen voor de benodigde dikte en het ontwerp van de plaat. In de praktijk wordt daarom vaak gekozen voor een paalafstand die de zakkingen beperkt en de belastingverdeling optimaliseert.

In bron [1] wordt uitgebreid uitgelegd dat de afstand tussen de palen bepalend is voor de momenten in de funderingsplaat. Hierbij is het belangrijk om rekening te houden met de stijfheid van de palen en de interactie met de grond. In dergelijke gevallen is het vaak noodzakelijk om meerdere analyses te doen, zowel met hoge als lage stijfheid van de palen.

6.2. Invloed op de duurzaamheid

De paalafstand heeft ook invloed op de duurzaamheid van de fundering. Bij een te grote afstand tussen de palen kan het gebeuren dat de zakkingen groter worden, wat leidt tot scheurvorming in de funderingsplaat. In dergelijke gevallen is het belangrijk om bij het ontwerp van de fundering rekening te houden met de invloed van de paalafstand op de zakkingen en belastingverdeling.

In de praktijk wordt vaak gekozen voor een paalafstand die de zakkingen beperkt en de belastingverdeling optimaliseert. Dit heeft gevolgen voor de levensduur van de fundering en de benodigde onderhoudskosten. In dergelijke gevallen is het belangrijk om bij het ontwerp van de fundering rekening te houden met de invloed van de paalafstand op de zakkingen en belastingverdeling.

7. Samenvatting van de invloed van paalafstand

7.1. Invloed op zakkingen

• Grotere paalafstand: Leidt tot grotere zakkingen en ongelijkmatige zettingen.
• Kleinere paalafstand: Beperkt de zakkingen en zorgt voor een gelijkmatige belastingverdeling.

7.2. Invloed op belastingverdeling

• Grotere paalafstand: Leidt tot hogere momenten in de funderingsplaat.
• Kleinere paalafstand: Zorgt voor een gelijkmatige belastingverdeling en minder spanningen in de plaat.

7.3. Invloed op de stijfheid van de palen

• Hoge stijfheid: Snellere belastingoverdracht, maar kan leiden tot hogere lokale drukken.
• Lage stijfheid: Gelijkmatige belastingverdeling, maar kan leiden tot grotere zakkingen.

8. Keuzes bij het ontwerpen van een fundering op palen

8.1. Invloed van de inbrengmethode

• Categorie A: Inbrengmethode met grondverdringing → hogere draagkracht → kleinere paalafstand.
• Categorie B: Inbrengmethode met geringe grondverdringing → stabiele belastingoverdracht → gemiddelde paalafstand.
• Categorie C: Inbrengmethode met grondverwijdering → lagere draagkracht → grotere paalafstand.

8.2. Invloed van de ondergrond

• Diepe draagkrachtige laag: Kleinere paalafstand nodig.
• Shallow draagkrachtige laag: Grotere paalafstand mogelijk.

Conclusie

De afstand tussen funderingspalen speelt een cruciale rol in het gedrag van de funderingsconstructie, de zakkingen en de belastingverdeling. De keuze van een geschikte paalafstand wordt bepaald door tal van factoren, waaronder de inbrengmethode, de draagkracht van de ondergrond, de belasting van het gebouw en de interactie tussen palen en grond. Bij het ontwerp van een fundering op palen is het daarom belangrijk om rekening te houden met de paalafstand en de invloed ervan op de stabiliteit en duurzaamheid van de fundering.

In de praktijk wordt vaak gekozen voor een paalafstand die de zakkingen beperkt en de belastingverdeling optimaliseert. Dit heeft gevolgen voor de benodigde dikte en het ontwerp van de funderingsplaat. In dergelijke gevallen is het vaak noodzakelijk om bij het ontwerp van de fundering rekening te houden met de invloed van de paalafstand op de zakkingen en belastingverdeling.

Bronnen

1. Handboek Funderingen – Deel A (TGB 1990)
2. Constructieshop.nl – Fundering op palen
3. Demargaretha.nl – Fundering op heipalen: Toepassingen, berekening en keuzes voor stabiliteit
4. Joostdevree.nl – Fundering
5. Bouwadviesshop.nl – Fundering op palen