Wanneer wordt een stalen buispaal gevuld met beton of grout?

Moet iedere stalen buispaal worden gevuld?

Een stalen buispaal wordt gevuld wanneer beton of grout nodig is voor constructieve capaciteit, krachtoverdracht, verankering, paalaansluiting of uitvoering van het funderingssysteem.

Niet iedere stalen buispaal hoeft met beton of grout te worden gevuld. Een stalen buispaal kan na het heien, trillen, boren, drukken of schroeven hol blijven, gedeeltelijk worden gevuld of over de volledige paallengte worden gevuld.

Of een buispaal moet worden gevuld, wordt bepaald door het constructieve ontwerp, het geotechnische ontwerp en de gekozen installatiemethode. Wanneer de stalen doorsnede zelfstandig voldoende draagvermogen, stijfheid en stabiliteit heeft, kan een holle uitvoering technisch toereikend zijn.

Een stalen buispaal kan een open of gesloten paalpunt hebben. Bij een open buispaal kan tijdens het aanbrengen grond in de buis dringen en uiteindelijk een grondprop ontstaan. Bij een gesloten buispaal voorkomt een voetplaat, paalschoen of boorpunt dat grond de buis binnendringt. Deze uitvoering beïnvloedt de installatie, de puntweerstand en de mogelijkheden voor een beton- of groutvulling.

Wanneer wordt een stalen buispaal met beton gevuld?

Een stalen buispaal wordt met beton gevuld wanneer een betonkern nodig is om de constructieve eigenschappen van de funderingspaal te verbeteren. Het kan daarbij gaan om extra weerstand tegen axiale drukkrachten, buiging, dwarskracht, lokale vervorming of knik.

Een betongevulde stalen buispaal wordt internationaal ook aangeduid als een concrete-filled steel tube, afgekort tot CFST. De stalen buis fungeert tijdens het storten als permanente of verloren bekisting. Na verharding kunnen de stalen buis en de betonkern samen bijdragen aan het opnemen en overdragen van belastingen.

De volledige weerstand van staal en beton mag niet automatisch bij elkaar worden opgeteld. Voor een samengestelde staal-betonconstructie moet de belasting aantoonbaar naar beide materialen worden overgedragen. De constructeur beoordeelt daarom onder meer de belastinginleiding, de paalkop, eventuele wapening, eindplaten en de verbinding met de bovenbouw.

Betonvulling voor extra draagkracht en stijfheid

Een volledige betonvulling kan worden toegepast bij zwaar belaste funderingspalen, bijvoorbeeld onder bruggen, kademuren, industriële installaties, hoogbouw, offshoreconstructies en zware staalconstructies. De betonkern kan de doorsnede stijver maken en bijdragen aan de weerstand tegen drukkrachten en buigende momenten.

Het vullen van een buispaal met beton vergroot echter niet automatisch het geotechnische draagvermogen. De puntweerstand en schachtwrijving worden vooral bepaald door de bodemopbouw, paaldiameter, paallengte, installatiemethode en de interactie tussen paal en grond.

Een grotere constructieve capaciteit van de paaldoorsnede betekent niet vanzelfsprekend dat de funderingspaal meer belasting aan de ondergrond kan afdragen. Het constructieve en geotechnische draagvermogen moeten daarom afzonderlijk worden gecontroleerd.

Wanneer wordt alleen de paalkop gevuld?

Soms wordt niet de volledige stalen funderingspaal gevuld, maar alleen het bovenste gedeelte. Deze plaatselijke betonvulling wordt gebruikt om een sterke en stijve paalkop te vormen en de belasting uit de bovenbouw goed naar de buispaal over te dragen.

Een versterkte paalkop kan nodig zijn voor de aansluiting op:

• een betonnen funderingspoer;
• een funderingsbalk of vloer;
• een landhoofd of pijler;
• een stalen voetplaat;
• ankers, deuvels of wapening;
• een bovenliggende staal- of betonconstructie.

De benodigde vullengte is afhankelijk van de krachten die via de aansluiting moeten worden overgedragen. Bij de paalkop kunnen verticale druk, trek, dwarskracht en buiging gelijktijdig optreden. De lengte van de betonvulling, het wapeningsdetail en de paalverbinding worden daarom constructief berekend.

Wanneer is de stalen buis een tijdelijke hulpbuis?

Bij bepaalde grondverdringende paalsystemen blijft de stalen buis niet permanent in de bodem achter. De buis wordt dan gebruikt als tijdelijke casing, mantelbuis of hulpbuis.

De stalen hulpbuis wordt schroevend, drukkend of trillend op de vereiste diepte gebracht. Vervolgens wordt beton in de buis gestort. Tijdens of na het betonstorten wordt de buis gecontroleerd uit de grond getrokken, terwijl een boorpunt of voetplaat in de bodem kan achterblijven.

De uiteindelijke funderingspaal bestaat in dat geval hoofdzakelijk uit in de grond gevormd beton. Technisch gaat het dan niet om een permanent met beton gevulde stalen buispaal, maar om een betonpaal die met behulp van een tijdelijke stalen buis is vervaardigd.

Deze techniek wordt onder meer toegepast bij grondverdringende boorpalen en bepaalde Fundex-achtige paalsystemen. De hulpbuis bepaalt tijdens de uitvoering de vorm en positie van de paal, maar maakt geen deel uit van de definitieve paaldoorsnede.

Wanneer wordt een stalen buispaal met grout uitgevoerd?

Grout wordt vooral toegepast wanneer nauwe ruimten moeten worden gevuld of wanneer belastingen door middel van hechting en injectie naar de bodem of het gesteente moeten worden overgedragen.

Cementgebonden grout is een goed verpompbaar mengsel van water en cement, eventueel aangevuld met fijne toeslagstoffen en hulpstoffen. Grout bevat doorgaans geen grof toeslagmateriaal zoals constructief beton. Daardoor kan het via injectieleidingen, holle staven, boorpunten en kleine openingen worden aangebracht.

Een groutgevulde buispaal kan een paal zijn waarvan de binnenzijde met grout is gevuld. Bij veel funderingssystemen bevindt het grout zich echter voornamelijk rondom de stalen buis. Er ontstaat dan een groutmantel of groutkolom tussen het stalen draagelement en de omliggende grond.

Grout bij schroefinjectiepalen en SIP-palen

Bij een schroefinjectiepaal, vaak afgekort tot SIP-paal, wordt een stalen buis schroevend in de bodem aangebracht. Tijdens het indraaien wordt via de boorpunt cementgebonden grout geïnjecteerd.

Rondom de stalen buis ontstaat een groutomhulling. Deze groutmantel vergroot het contact tussen de paal en de ondergrond en draagt bij aan de overdracht van belasting via schachtwrijving.

Schroefinjectiepalen worden onder meer toegepast:

• dicht bij bestaande bebouwing;
• op locaties waar weinig trillingen zijn toegestaan;
• bij funderingsherstel en ondervanging;
• bij beperkte werkhoogte;
• voor trekpalen en drukpalen;
• waar traditioneel heien niet wenselijk of mogelijk is.

De uiteindelijke diameter en kwaliteit van de groutkolom hangen af van de bodemgesteldheid, groutdosering, injectiedruk, boorsnelheid, boorpunt en uitvoeringscontrole. Een groutinjectie levert daarom alleen de berekende bijdrage wanneer de uitvoering aantoonbaar overeenkomt met het funderingsontwerp.

Grout bij micropalen en groutinjectiepalen

Een micropaal is een geboorde funderingspaal met een relatief kleine diameter. Volgens NEN-EN 14199 wordt een micropaal aangebracht met boorgereedschap met een diameter kleiner dan 300 millimeter.

Een micropaal bestaat meestal uit een stalen draagelement, zoals een massieve staaf, holle ankerstaaf, profiel of stalen buis, dat wordt omgeven door cementgrout. Het grout vult het boorgat en zorgt na verharding voor de overdracht van krachten tussen het staal en de grond of het gesteente.

Micropalen en groutinjectiepalen kunnen zowel druk- als trekkrachten opnemen. Ze worden onder meer gebruikt bij funderingsherstel, kelderbouw, verankeringen, taludstabilisatie, ondervanging en projecten met beperkte werkruimte.

Bij sommige systemen wordt na de eerste injectie aanvullend grout ingebracht. Dit wordt na-injectie, secundaire injectie of post-grouting genoemd. Afhankelijk van de uitvoering kan ook sprake zijn van schachtinjectie of voetinjectie.

Wat is het verschil tussen beton en grout in een buispaal?

Beton en grout zijn beide cementgebonden materialen, maar hebben verschillende eigenschappen en toepassingen. Beton wordt vooral gebruikt voor grotere constructieve volumes. Grout is fijner en beter verpompbaar en wordt toegepast voor injectie, hechting en het vullen van nauwe ruimten.

Beton wordt voornamelijk gekozen wanneer een constructief dragende kern of een groter volume cementgebonden materiaal nodig is. Grout wordt toegepast wanneer het materiaal door kleine openingen moet worden geïnjecteerd of nauw contact met staal, grond of gesteente moet vormen.

De termen beton, mortel en grout zijn daarom niet zonder meer uitwisselbaar. De vereiste samenstelling, sterkte, verwerkbaarheid, stabiliteit en duurzaamheid worden per funderingssysteem gespecificeerd.

Welke belastingen bepalen of een buispaal wordt gevuld?

De constructeur beoordeelt welke belastingen de stalen funderingspaal tijdens de gebruiksduur moet opnemen. Daarbij wordt niet alleen naar verticale druk gekeken, maar ook naar de combinatie van krachten en vervormingen.

• verticale drukbelasting;
• trekbelasting en opwaartse krachten;
• horizontale belasting;
• buigende momenten;
• dwarskracht;
• dynamische en cyclische belasting;
• vermoeiing;
• knik en lokale instabiliteit;
• belastingen tijdens transport en installatie.

Een betonkern kan vooral relevant zijn bij hoge drukkrachten, buiging of een zwaar belaste paalkop. Een groutmantel wordt eerder toegepast wanneer belasting via hechting en schachtwrijving aan de ondergrond moet worden overgedragen.

Welke rol spelen diameter, wanddikte en staalsoort?

De buitendiameter, wanddikte, paallengte en staalsoort bepalen mede de constructieve weerstand van de stalen buispaal. Een grotere diameter kan de buigstijfheid vergroten, terwijl een grotere wanddikte meer staaldoorsnede en weerstand tegen lokale vervorming biedt.

Voor stalen funderingsbuizen worden bijvoorbeeld staalsoorten uit de S235-, S275- en S355-reeks toegepast. Bij constructieve buizen volgens EN 10219 komen onder meer kwaliteiten als S355J0H en S355J2H voor.

De letter H geeft bij deze staalsoorten aan dat het product een constructief hol profiel is. De aanduidingen J0 en J2 verwijzen naar de kerfslagenergie bij de voorgeschreven beproevingstemperatuur. De juiste staalsoort en productnorm worden bepaald door het ontwerp, de toepassing en de projectspecificatie.

Een hogere staalsterkte betekent niet automatisch dat beton of grout overbodig is. Ook de bodemgesteldheid, paalverbinding, corrosiebelasting, installatiemethode en vereiste stijfheid spelen een rol.

Welke geotechnische factoren zijn relevant?

Het geotechnische ontwerp bepaalt hoeveel belasting de buispaal aan de bodem kan overdragen. Hiervoor worden onder meer sonderingen, grondonderzoek en informatie over het grondwater gebruikt.

• de ligging en dikte van draagkrachtige grondlagen;
• de berekende puntweerstand;
• positieve en negatieve schachtwrijving;
• grondwater en waterspanningen;
• slappe of samendrukbare grondlagen;
• obstakels en harde tussenlagen;
• groepswerking tussen meerdere palen;
• zettingen en horizontale vervormingen;
• de invloed van de installatiemethode op de bodem.

Bij een open stalen buispaal moet daarnaast rekening worden gehouden met het gedrag van de grondprop in de buis. Bij een geïnjecteerde paal moet worden vastgesteld welke groutdiameter, schachtweerstand en injectiezone in de berekening mogen worden gebruikt.

Beschermt beton of grout de stalen buis tegen corrosie?

Een volledige beton- of groutvulling kan de binnenzijde van een stalen buis afsluiten van zuurstof en water. Cementgebonden materiaal heeft bovendien een alkalisch milieu dat ingesloten staal onder geschikte omstandigheden tegen corrosie kan beschermen.

Deze bescherming is alleen betrouwbaar wanneer de vulling volledig, dicht en duurzaam is aangebracht. Holle ruimten, scheuren, waterinsluiting en verontreinigingen kunnen de beschermende werking verminderen.

De buitenzijde van een permanente stalen buispaal wordt niet automatisch beschermd door een interne beton- of groutvulling. De buitenwand kan worden blootgesteld aan grondwater, chloriden, verontreinigde grond, wisselende waterstanden en microbiologisch beïnvloede corrosie.

Afhankelijk van de blootstelling kunnen aanvullende maatregelen nodig zijn, zoals:

• een corrosietoeslag op de wanddikte;
• een beschermende coating;
• kathodische bescherming;
• een grotere staaldoorsnede;
• een externe grout- of betonmantel;
• periodieke inspectie van bereikbare delen.

Beton of grout wordt daarom niet uitsluitend gekozen als corrosiebescherming. De duurzaamheid en beoogde levensduur van de stalen funderingspaal moeten afzonderlijk worden beoordeeld.

Welke normen gelden voor beton- en groutgevulde buispalen?

Voor het constructieve ontwerp van dragende stalen palen is NEN-EN 1993-5 relevant. Deze norm maakt deel uit van Eurocode 3 voor het ontwerp van staalconstructies.

Wanneer staal en beton constructief samenwerken, kunnen ook de ontwerpregels voor samengestelde staal-betonconstructies uit de Eurocode 4-reeks relevant zijn. Het geotechnische ontwerp van funderingspalen valt onder Eurocode 7 en de Nederlandse aanvullende bepalingen uit NEN 9997-1.

Andere relevante uitvoerings- en materiaalnormen zijn:

• NEN-EN 12699 voor grondverdringende palen;
• NEN-EN 14199 voor micropalen;
• NEN-EN 206 voor beton;
• EN 10219 voor koudgevormde gelaste constructieve buizen en holle profielen;
• projectspecificaties voor grout, wapening, lassen en corrosiebescherming.

De toepasselijke normen hangen af van het type buispaal, de installatiemethode, het gebruikte materiaal, de tijdelijke of permanente functie en de wijze waarop beton of grout constructief wordt meegerekend.

Hoe wordt het vullen met beton gecontroleerd?

Voor het betonstorten moet worden gecontroleerd of de stalen buis voldoende schoon en toegankelijk is. Grond, slib, los materiaal, water en andere verontreinigingen kunnen de kwaliteit van de betonvulling en de aansluiting op de stalen buis beïnvloeden.

Bij diepe buizen of werkzaamheden onder water kan een aangepaste stortmethode nodig zijn, bijvoorbeeld met een stortkoker of tremiebuis. Hiermee wordt voorkomen dat het beton vrij door water valt, ontmengt of met grond en slib wordt vermengd.

Tijdens de uitvoering kunnen onder meer de betonsamenstelling, consistentie, storthoeveelheid, storthoogte en continuïteit worden geregistreerd. Afhankelijk van het ontwerp kunnen daarnaast druksterkteproeven, integriteitsmetingen of proefbelastingen worden uitgevoerd.

Hoe wordt groutinjectie gecontroleerd?

Bij groutinjectie worden doorgaans de groutreceptuur, water-cementfactor, mengtijd, dichtheid, verwerkbaarheid, injectiedruk en geïnjecteerde hoeveelheid vastgelegd.

Ook de boor- of schroefsnelheid en de positie van de injectiepunten kunnen belangrijk zijn. Grote afwijkingen in het groutverbruik kunnen wijzen op open ruimten, verlies naar doorlatende grondlagen of een afwijkende groutdiameter.

Het grout moet tijdens het injecteren voldoende stabiel en verpompbaar blijven en na verharding de voorgeschreven sterkte en duurzaamheid bereiken. Bij kritieke toepassingen kunnen materiaalproeven, uitvoeringsregistraties, trekproeven, drukproeven of statische proefbelastingen worden voorgeschreven.

Daarmee wordt gecontroleerd of de aangebrachte betonvulling, groutvulling of groutmantel overeenkomt met de uitgangspunten van het constructieve en geotechnische funderingsontwerp.

Advies over stalen buispalen en beton- of groutvulling

Heeft u vragen over de juiste stalen buis, diameter, wanddikte of staalsoort voor een funderingsproject met beton- of groutvulling? Neem contact op voor een technische afstemming van de benodigde buisspecificaties.

☎️ Telefoon: 0168 – 35 66 55
✉️ E-mail: sales@solines.nl