Hoe wordt de kwaliteit van een buispaal na het aanbrengen gecontroleerd?

Hoe wordt een stalen buispaal na het aanbrengen gecontroleerd?

De kwaliteit van een aangebrachte buispaal wordt gecontroleerd met uitvoeringsregistraties, visuele inspecties, maatmetingen, lasonderzoek en dynamische of statische proefbelastingen.

Een stalen buispaal of funderingsbuis verdwijnt tijdens het heien, trillen, drukken of schroeven grotendeels in de bodem. Daardoor kan de kwaliteit na het aanbrengen niet met één afzonderlijke controle worden vastgesteld. Een volledige paalcontrole combineert gegevens over het gebruikte staal, het installatieproces, de positie van de paal, de toestand van zichtbare onderdelen en het geotechnische gedrag onder belasting.

Bij de kwaliteitscontrole van een buispaal worden drie hoofdonderdelen onderscheiden:

• Geometrische kwaliteit: positie, paalkopniveau, paalpuntniveau en scheefstand.
• Constructieve integriteit: toestand van de buiswand, paalkop, paalpunt, lassen, koppelingen en een eventuele beton- of groutvulling.
• Geotechnische prestatie: het vermogen van de paal om druk-, trek- en horizontale belastingen aan de bodem over te dragen.

Het draagvermogen van een buispaal ontstaat door een combinatie van schachtwrijving en puntweerstand. Bij een open stalen buispaal kan ook de vorming van een grondprop in de buis invloed hebben op de paalweerstand. Een visuele inspectie, integriteitsmeting en proefbelasting beoordelen ieder een ander kwaliteitsaspect.

Kwaliteitscontrole begint vóór het aanbrengen

De kwaliteit van een aangebrachte stalen funderingspaal hangt mede af van het gebruikte uitgangsmateriaal. Daarom worden vóór de installatie onder meer de buitendiameter, wanddikte, lengte, rechtheid, ovaliteit, oppervlakteconditie, lasnaad en materiaalgegevens gecontroleerd.

Deze eigenschappen moeten overeenkomen met de constructieberekening, geotechnische berekening, technische inkoopspecificatie en het funderingsplan. Afwijkingen in diameter, wanddikte of staalsoort kunnen invloed hebben op de sterkte, stijfheid, corrosiereserve en het draagvermogen van de buispaal.

Stalen buizen voor funderingstechniek kunnen in verschillende staalsoorten en volgens verschillende productnormen zijn geleverd. Voorbeelden van constructieve staalsoorten zijn S235, S275, S355 en S355J2H. De staalsoort S355J2H komt onder meer voor binnen EN 10210 en EN 10219, maar is niet automatisch voor iedere buispaal voorgeschreven. De projectspecificatie en berekening blijven leidend.

Ook de productiemethode kan relevant zijn. Funderingsbuizen kunnen bijvoorbeeld langsnaadgelast, spiraalgelast of naadloos zijn uitgevoerd. Bij de kwaliteitscontrole van stalen buizen wordt onder meer gekeken naar maatvoering, ovaliteit, rechtheid, oppervlaktekwaliteit, lasnaadkwaliteit, materiaalherkomst en mechanische eigenschappen.

Controle tijdens het heien, trillen, drukken of schroeven

Een belangrijk deel van de kwaliteitsborging vindt tijdens de uitvoering plaats. Zodra de funderingspaal volledig in de bodem staat, zijn de paalschacht, paalpunt en ondergrondse segmentverbindingen immers niet meer direct bereikbaar.

Voor iedere paal wordt daarom een uitvoeringsregistratie opgesteld. Deze registratie wordt ook aangeduid als een paalstaat, heistaat, heirapport, installatielogboek of funderingsregistratie. Welke gegevens worden vastgelegd, hangt af van het paaltype, de installatiemethode en het keuringsplan.

Bij een geheide stalen buispaal worden doorgaans de volgende gegevens geregistreerd:

• paalnummer en positie volgens het palenplan;
• buitendiameter, wanddikte en segmentlengten;
• totaal aangebrachte paallengte;
• maaiveldniveau, paalkopniveau en paalpuntniveau;
• type heihamer en toegepaste slaginstellingen;
• slagenergie en aantal slagen per traject;
• indringing per slag of per vast aantal slagen;
• eindkalendering en bereikte stuit;
• tijdstippen van lassen, onderbrekingen en hervatting;
• obstakels, afwijkend heigedrag en zichtbare schade.

Bij een getrilde buispaal kunnen onder meer de trillingsfrequentie, amplitude, indringingssnelheid en installatieduur worden vastgelegd. Bij een ingedrukte paal zijn de uitgeoefende drukkracht en indringing belangrijke parameters.

Voor geschroefde of schroefinjectiepalen kunnen onder andere het draaimoment, de rotatiesnelheid, verticale druk, indringingssnelheid en het gebruikte groutvolume relevant zijn. De geregistreerde parameters moeten passen bij het toegepaste paalsysteem.

NEN-EN 12699 bevat algemene uitvoeringsprincipes voor verdringingspalen van onder meer staal. De norm omvat palen die met slagenergie, trillingen, drukken, schroeven of een combinatie van deze methoden worden aangebracht.

Wat zegt de eindkalendering of stuit van een buispaal?

De eindkalendering geeft aan hoeveel blijvende indringing tijdens de laatste heislagen optreedt. Een kleine indringing per slag betekent dat de paal tijdens het heien een hoge weerstand ondervindt. De gemeten stuit wordt vergeleken met vooraf vastgestelde heicriteria, sonderingen, bodemopbouw en registraties van nabijgelegen palen.

De eindkalendering is een belangrijke uitvoeringscontrole, maar geen rechtstreekse meting van het statische draagvermogen. De tijdens het heien gemeten weerstand wordt beïnvloed door verschillende factoren:

• het gewicht en de efficiëntie van de heihamer;
• de werkelijk overgedragen slagenergie;
• de diameter, wanddikte en lengte van de buispaal;
• de demping en elastische vervorming van paal en bodem;
• tijdelijke poriewaterdrukken;
• de tijd tussen het heien en een eventuele proefbelasting.

De weerstand van de bodem kan na het heien veranderen. Een toename van de paalweerstand in de tijd wordt vaak aangeduid als setup. Een afname wordt relaxation genoemd. Een onverwacht hoge of lage stuit moet daarom altijd worden beoordeeld in combinatie met de bodemgegevens, paaldiepte en installatieparameters.

Positie, paalkophoogte en scheefstand meten

Na het aanbrengen wordt de buispaal landmeetkundig ingemeten. Hierbij wordt gecontroleerd of het hart van de paal overeenkomt met de positie op het palenplan. Ook de paalkophoogte en, indien noodzakelijk, de helling of verticaliteit worden bepaald.

Bij schoorpalen wordt gecontroleerd of de werkelijke schoorstand overeenkomt met de ontworpen hellingshoek. Bij verticale palen wordt gesproken over scheefstand of een afwijking van de verticaal.

Een positieafwijking kan verschillende gevolgen hebben:

• een onjuiste aansluiting op een poer, funderingsbalk of vloer;
• excentrische belasting van de buispaal;
• extra buigmomenten in de stalen doorsnede;
• een gewijzigde krachtsverdeling binnen een paalgroep;
• problemen bij de aansluiting op een staalconstructie.

De toegestane paalafwijking is projectspecifiek. De constructeur en geotechnisch adviseur beoordelen of de gemeten positie en scheefstand binnen de vastgelegde toleranties vallen. Een afwijking buiten de tolerantie betekent niet automatisch dat de buispaal moet worden afgekeurd. Met een aanvullende berekening kan soms worden aangetoond dat de constructieve veiligheid en bruikbaarheid behouden blijven.

Visuele inspectie van de paalkop en buiswand

Het zichtbare gedeelte van de stalen heipaal wordt na het aanbrengen geïnspecteerd. Vooral de paalkop is belangrijk, omdat de slagenergie via dit deel aan de buis wordt overgedragen.

Bij de visuele inspectie wordt gelet op:

• stuiken of plastische vervorming van de paalkop;
• deuken, plooien en lokale knik;
• scheuren in de buiswand;
• scherpe beschadigingen en insnoeringen;
• afwijkende ovaliteit van de buis;
• beschadigde rondlassen of koppelingen;
• beschadiging van coating of corrosiebescherming;
• sporen van een verkeerd passende heikap;
• vervorming van een paalschoen, bodemplaat of gesloten paalpunt.

Na het afbranden, zagen of op hoogte brengen van de paalkop kan de vrijgekomen doorsnede opnieuw worden gecontroleerd. Daarbij kan ook de werkelijke wanddikte worden gemeten. Bij een met beton of grout gevulde buispaal worden tevens de zichtbare vulling, wapening en aansluiting op de bovenliggende constructie beoordeeld.

Een visuele inspectie kan uitsluitend bereikbare gebreken aantonen. Beschadigingen onder het maaiveld of dieper in de buispaal zijn hiermee niet rechtstreeks vast te stellen.

Lasverbindingen van een buispaal controleren

Stalen buispalen worden bij grotere funderingsdiepten vaak samengesteld uit meerdere buissegmenten. De rondlassen of mechanische koppelingen zijn dan kritische onderdelen van de paalconstructie.

De meest betrouwbare controle vindt plaats direct nadat een verbinding is gemaakt en voordat het volgende segment verder in de bodem wordt aangebracht. Naast de las zelf kunnen ook de lasprocedure, toevoegmaterialen, voorverwarming, lasserskwalificaties en lasregistraties onderdeel zijn van het kwaliteitsdossier.

Bij visueel lasonderzoek, ook aangeduid als VT, wordt onder meer gelet op:

• scheuren;
• zichtbare porositeit;
• randinkarteling;
• onvoldoende vulling;
• onregelmatige lasbreedte;
• onjuiste aansluiting tussen de buissegmenten;
• onvoldoende doorlassing voor zover zichtbaar;
• lasspatten en scherpe overgangen.

Wanneer de projectspecificatie dit vereist, kan aanvullend niet-destructief onderzoek van de las worden uitgevoerd. Magnetisch onderzoek, afgekort als MT, wordt gebruikt voor het opsporen van oppervlaktefouten en fouten vlak onder het oppervlak in ferromagnetisch staal.

Ultrasoon onderzoek, afgekort als UT, kan bij geschikte lasverbindingen inwendige discontinuïteiten aantonen. De toepasbaarheid hangt onder meer af van de wanddikte, lasvorm, bereikbaarheid, materiaalsoort en vereiste laskwaliteit.

NEN-EN-ISO 17635 geeft richtlijnen voor de keuze van niet-destructieve onderzoeksmethoden op basis van het materiaal, de lasdikte, het lasproces en de kwaliteitseisen. NEN-EN-ISO 17638 behandelt magnetisch onderzoek. NEN-EN-ISO 17640 beschrijft handmatig ultrasoon onderzoek van gelaste metalen verbindingen binnen het toepassingsgebied van die norm.

Materiaalcertificaat en traceerbaarheid van de funderingsbuis

Documentcontrole is een belangrijk onderdeel van de kwaliteitsborging. Bij een buispaal moet kunnen worden vastgesteld welke buissegmenten zijn gebruikt en of deze overeenkomen met de voorgeschreven materiaalkwaliteit.

Een materiaalcertificaat volgens EN 10204, bijvoorbeeld een 3.1-certificaat, kan informatie bevatten over:

• de fabrikant en materiaalpartij;
• het chargenummer of heat number;
• de staalsoort;
• de chemische samenstelling;
• de treksterkte en vloeigrens;
• de rek na breuk;
• kerfslagproeven wanneer deze van toepassing zijn;
• de productnorm en levertoestand;
• de uitgevoerde keuringen en materiaalproeven.

Traceerbaarheid wordt opgebouwd met certificaten, buismarkeringen, zaaglijsten, segmentnummers, lasregistraties en paalstaten. Zo kan de uiteindelijke stalen funderingspaal worden gekoppeld aan het oorspronkelijke uitgangsmateriaal.

Een 3.1-certificaat toont niet aan dat de paal tijdens transport, lassen of heien onbeschadigd is gebleven. Het certificaat beschrijft de verklaarde eigenschappen van het geleverde materiaal. De kwaliteit na het aanbrengen moet aanvullend worden beoordeeld met uitvoeringsregistraties, inspecties en metingen.

Wat is het verschil tussen paalintegriteit en draagvermogen?

Paalintegriteit beschrijft of de funderingspaal constructief doorlopend en zonder ontoelaatbare beschadigingen is aangebracht. Hierbij gaat het onder meer om de stalen doorsnede, lasverbindingen, paalkop, paalpunt en een eventuele beton- of groutvulling.

Draagvermogen beschrijft hoeveel belasting de buispaal veilig aan de ondergrond kan overdragen. Daarbij kan onderscheid worden gemaakt tussen:

• axiaal draagvermogen op druk;
• axiaal draagvermogen op trek;
• horizontaal of lateraal draagvermogen;
• rotatiestijfheid en buiggedrag;
• last-zakkingsgedrag;
• gedrag onder cyclische of wisselende belasting.

Een intacte buispaal heeft niet automatisch voldoende geotechnisch draagvermogen. Omgekeerd kan een paal tijdens een proefbelasting voldoende weerstand leveren, terwijl een lokale lasfout of beschadiging nog aanvullend onderzoek vereist.

Dynamische proefbelasting van een stalen buispaal

Bij een high-strain dynamische paaltest worden sensoren nabij de paalkop aangebracht. Tijdens een slag met een heihamer of valgewicht meten rekopnemers en versnellingsmeters de reactie van de paal.

Uit de gemeten rek en versnelling worden kracht en snelheid afgeleid. De dynamische paalmeting kan informatie geven over:

• de werkelijk overgedragen slagenergie;
• druk- en trekspanningen in de buispaal;
• de prestaties van de heihamer;
• spanningsgolven en reflecties in de paal;
• de gemobiliseerde axiale weerstand;
• het dynamische gedrag van paal en bodem.

De weerstand die uit een dynamische proefbelasting wordt berekend, is een indirect bepaalde waarde. De interpretatie is afhankelijk van de bodemrespons, de gemobiliseerde verplaatsing, het meetmoment en de gebruikte analysemethode.

Veranderingen in de bodem langs de paalschacht kunnen bovendien reflecties veroorzaken die lijken op een verandering in de paaldoorsnede. De resultaten moeten daarom door een specialist worden beoordeeld.

ISO 22477-4 behandelt dynamische proefbelastingen van palen. ASTM D4945 beschrijft high-strain dynamische beproeving waarbij kracht en snelheid na een axiale impact worden bepaald.

Statische proefbelasting en last-zakkingsgedrag

Een statische proefbelasting is de meest directe methode om het gedrag van een buispaal onder een aangebrachte belasting te meten. De belasting wordt stapsgewijs verhoogd, terwijl de verplaatsing van de paalkop nauwkeurig wordt geregistreerd.

Bij een statische drukproef wordt de belasting meestal met een hydraulische vijzel aangebracht. Een reactiekader, ballastconstructie of systeem met reactiepalen neemt de tegenkracht op. Het resultaat wordt vastgelegd in een last-zakkingsdiagram.

Met deze paalproef kan worden beoordeeld:

• of de paal zich gedraagt zoals in het ontwerp is aangenomen;
• hoeveel zakking bij een bepaalde belasting optreedt;
• welke axiale drukweerstand wordt gemobiliseerd;
• of de maximale testbelasting veilig kan worden opgenomen;
• of het paalsysteem en de uitvoeringsmethode voldoende betrouwbaar zijn.

Een statische proefbelasting hoeft niet altijd tot geotechnisch bezwijken te worden uitgevoerd. Wanneer de aangebrachte belasting onvoldoende is om de volledige weerstand te mobiliseren, kan alleen het gedrag binnen het beproefde belastingsbereik worden vastgesteld.

Bij een trekproef wordt het last-rijzingsgedrag gemeten. Voor palen die voornamelijk horizontale belasting moeten opnemen, zoals in kademuren, remmingwerken en offshoreconstructies, kan een afzonderlijke laterale proef of specialistische constructieve beoordeling nodig zijn.

Een axiale drukproef toont het horizontale draagvermogen van een buispaal niet aan. ISO 22477-1 behandelt statische axiale drukproeven. ISO 22477-2 behandelt statische axiale trekproeven.

Kan de integriteit van een stalen buispaal akoestisch worden gemeten?

Bij een low-strain integriteitsmeting wordt de paalkop licht aangeslagen. Een sensor registreert de spanningsgolf die door de paal loopt en door veranderingen in materiaal, doorsnede of stijfheid wordt gereflecteerd. Deze methode wordt ook aangeduid als een akoestische paaltest, sonic integrity test of pile integrity test.

De toepasbaarheid hangt sterk af van het paaltype. Bij een massieve betonnen paal of een volledig met beton gevulde stalen buispaal kan de golfrespons onder geschikte omstandigheden worden geïnterpreteerd.

Bij een lange, open en ongevulde stalen buispaal kunnen de holle dunwandige doorsnede, rondlassen, het contact met de bodem en de grote lengte-diameterverhouding complexe reflecties veroorzaken. Daarom moet vooraf worden vastgesteld of een low-strain methode geschikt is voor de betreffende funderingspaal.

Een akoestische integriteitsmeting is geen draagkrachtproef. De lichte slag mobiliseert geen representatieve schachtwrijving of puntweerstand en bepaalt daardoor niet hoeveel belasting de buispaal kan opnemen.

Welke controlemethode geeft welke informatie?

Welke normen zijn relevant voor de kwaliteitscontrole?

De toepasselijke normen hangen af van het paalsysteem, de installatiemethode, de belasting en de projectspecificatie. Voor Nederlandse funderingsprojecten kunnen onder meer de volgende normen relevant zijn:

• NEN-EN 12699: uitvoering van verdringingspalen.
• NEN 9997-1: geotechnisch ontwerp van constructies en paalfunderingen.
• NEN 7201: axiale proefbelastingen op funderingspalen.
• ISO 22477-1: statische axiale drukproeven.
• ISO 22477-2: statische axiale trekproeven.
• ISO 22477-4: dynamische proefbelastingen.
• NEN-EN-ISO 17635: keuze van niet-destructief onderzoek van metalen lassen.
• NEN-EN-ISO 17638: magnetisch onderzoek van lassen.
• NEN-EN-ISO 17640: ultrasoon onderzoek van lassen.

NEN 9997-1 bevat de Nederlandse geotechnische ontwerpregels voor onder meer paalfunderingen. NEN 7201 behandelt de uitvoering, uitwerking en interpretatie van axiale proefbelastingen op funderingspalen.

Normen geven algemene technische kaders. De uiteindelijke acceptatiecriteria voor een specifieke buispaal worden vastgelegd in het ontwerp, bestek, keuringsplan, inspectie- en testplan en uitvoeringsplan.

Wanneer is aanvullend onderzoek naar een buispaal nodig?

Aanvullend onderzoek is nodig wanneer de uitvoering afwijkt van de ontwerpuitgangspunten of wanneer verschillende controles tegenstrijdige resultaten opleveren.

Mogelijke aanleidingen zijn:

• de paal bereikt de ontworpen diepte niet;
• de paal komt onverwacht vroeg of laat op stuit;
• het heigedrag verandert plotseling;
• tijdens het aanbrengen wordt een obstakel geraakt;
• de paalkop is ernstig vervormd;
• een buissegment of rondlas is beschadigd;
• de positie of scheefstand valt buiten de tolerantie;
• uitvoeringsgegevens ontbreken of zijn onvolledig;
• de gemeten weerstand wijkt af van vergelijkbare palen;
• de beton- of groutvulling is mogelijk onvolledig;
• de berekende en gemeten paalrespons komen niet overeen.

De onderzoeksmethode moet aansluiten op de aard van de afwijking. Bij twijfel over een lasverbinding ligt niet-destructief lasonderzoek voor de hand. Bij twijfel over het axiale draagvermogen kan een dynamische of statische proefbelasting nodig zijn.

Bij een geometrische afwijking zijn landmeting en een aanvullende constructieve berekening relevanter. Bij mogelijke beschadiging onder het maaiveld kan een combinatie van meetmethoden noodzakelijk zijn.

De kwaliteit van een buispaal na het aanbrengen wordt uiteindelijk vastgesteld door het volledige opleverdossier te beoordelen. Dit dossier kan bestaan uit materiaalcertificaten, traceerbaarheidsgegevens, paalstaten, lasregistraties, meetrapporten, afwijkingsrapporten en resultaten van eventuele paalproeven.

Vragen over stalen buispalen voor uw funderingsproject?

Wilt u weten welke buisafmetingen, staalsoort, certificering of bewerking geschikt is voor uw toepassing? Neem contact op voor technisch overleg over stalen buispalen en funderingsbuizen.

📞 0168 – 35 66 55
✉️ sales@solines.nl