Hoe worden stalen buispalen op locatie gekoppeld of verlengd?

Hoe worden stalen buispalen gekoppeld of verlengd?

Stalen buispalen worden meestal verlengd met een rondgaande stompe las; mechanische paalkoppelingen en mofverbindingen zijn projectspecifieke alternatieven.

Waarom worden stalen buispalen op locatie verlengd?

Een stalen buispaal kan langer zijn dan de beschikbare productie-, transport- of hijslengte. Ook kan de werkhoogte op de bouwplaats beperkt zijn, bijvoorbeeld bij funderingsherstel, inpandige werkzaamheden, bouwen onder bruggen of funderen nabij bestaande constructies. De funderingspaal wordt dan opgebouwd uit meerdere kortere buissegmenten.

Het eerste segment wordt gedeeltelijk geheid, getrild, gedrukt, geboord of geschroefd. Vervolgens wordt een volgend buisdeel boven op de paal geplaatst, uitgelijnd en constructief verbonden. Daarna wordt de verlengde buispaal verder aangebracht tot de vereiste paalpuntdiepte of draagkrachtige grondlaag is bereikt.

Stalen buispalen worden ook aangeduid als stalen heipalen, funderingsbuizen, buisvormige funderingspalen of stalen paalfunderingen. Een paalkoppeling is de constructieve verbinding tussen twee afzonderlijke buissegmenten.

Welke krachten moet een paalverbinding kunnen overdragen?

De verbinding moet niet alleen de belastingen in de uiteindelijke fundering opnemen, maar ook bestand zijn tegen de tijdelijke krachten tijdens transport, hijsen en installeren. Welke krachten maatgevend zijn, hangt af van het paaltype, de bodemopbouw, de funderingsconstructie en de gekozen uitvoeringsmethode.

Bij het ontwerpen en controleren van een verbinding tussen stalen buispalen kunnen onder meer de volgende belastingen relevant zijn:

• axiale drukkracht;
• trekkracht;
• buigend moment;
• dwarskracht;
• torsie;
• dynamische belasting tijdens heien of trillen;
• wisselende belasting en vermoeiing.

Een koppeling die uitsluitend voldoende capaciteit heeft voor drukbelasting is niet automatisch geschikt voor trek, buiging of torsie. Bij een geschroefde buispaal kan bijvoorbeeld het installatiemoment maatgevend zijn, terwijl bij een geheide stalen buispaal hoge dynamische druk- en trekspanningen kunnen optreden.

Welke methoden worden gebruikt om stalen buispalen te koppelen?

Stalen buispalen kunnen op verschillende manieren worden gekoppeld of verlengd. De geschikte methode wordt bepaald door de diameter, wanddikte, staalsoort, belastingsrichting, uitvoeringsomstandigheden en eisen uit het funderingsontwerp.

Verbindingsmethode	Uitvoering	Belangrijkste kenmerk
Rondgaande stompe las	Twee voorbereide buiseinden worden rondom aan elkaar gelast	Kan een doorgaande constructieve staaldoorsnede vormen
Gelaste mofverbinding	Een stalen mof valt over of in beide buissegmenten en wordt vastgelast	Vereenvoudigt de positionering en centrering
Getrompte verbinding	Eén buiseinde wordt verwijd, waarna het volgende segment wordt ingestoken	Er is geen afzonderlijke losse mof nodig
Mechanische paalkoppeling	De buisdelen worden verbonden met een ontworpen koppelstuk	Snelle montage en minder laswerk op locatie
Schroefkoppeling	Segmenten worden met schroefdraad of een draaihuls verbonden	Wordt toegepast binnen specifieke modulaire paalsystemen

Een rondgaande lasverbinding is bij permanente stalen buispalen een veelgebruikte oplossing. Mechanische koppelingen, mofverbindingen en steekverbindingen kunnen eveneens geschikt zijn, mits hun constructieve capaciteit aantoonbaar aansluit op de installatie- en gebruiksbelastingen.

Hoe worden stalen buispalen aan elkaar gelast?

Bij het lassen van stalen buispalen worden twee buiseinden nauwkeurig in elkaars verlengde geplaatst. De gebruikelijkste constructieve verbinding is een rondgaande stompe las, die in de praktijk ook stuiklas of rondnaadlas wordt genoemd.

Wanneer de volledige sterkte van de buisdoorsnede moet worden voortgezet, kan een volledig doorgelaste stompe las worden voorgeschreven. Daarbij loopt de lasverbinding over de volledige wanddikte. Een gedeeltelijk doorgelaste las of hoeklas kan alleen worden gebruikt wanneer de berekende capaciteit voldoende is voor alle optredende belastingen.

Voorbereiding van de buiseinden

Voor het lassen worden de buisuiteinden haaks gemaakt en voorzien van de voorgeschreven lasnaadvoorbereiding. Afhankelijk van de wanddikte en het lasdetail kan een laskant of bevel nodig zijn. De vorm, openingshoek en wortelopening worden vastgelegd in het lasdetail en de lasmethodebeschrijving.

De voorbereiding kan onder meer bestaan uit:

• het haaks afzagen van de buiseinden;
• het afschuinen of bevelen van de buiswand;
• het verwijderen van roest, vocht, olie, verf en zink;
• het instellen van de voorgeschreven wortelopening;
• het uitlijnen en centreren van de buissegmenten;
• het tijdelijk fixeren met hechtlassen.

Een onregelmatige vooropening, vervormd buiseinde of te grote wandverspringing kan plaatselijke spanningsconcentraties veroorzaken. Hierdoor kunnen de krachtsoverdracht, laskwaliteit en rechtheid van de verlengde funderingspaal nadelig worden beïnvloed.

Waarom is de uitlijning van buissegmenten belangrijk?

De hartlijnen van de gekoppelde buissegmenten moeten zo nauwkeurig mogelijk samenvallen. Bij een slechte uitlijning ontstaat excentriciteit, waardoor de belasting niet gelijkmatig over de omtrek en wanddikte van de buis wordt verdeeld.

Vooral bij grote buisdiameters, relatief dunne wanden of buizen met ovaliteit kan het centreren extra aandacht vragen. Centreerklemmen, tijdelijke steunen, inwendige ringen of andere hulpmiddelen kunnen worden gebruikt om de segmenten tijdens het hechten en lassen op hun plaats te houden.

Een inwendige backing ring of lasring kan de laswortel ondersteunen en helpen om de wortelopening te behouden. Een dergelijke ring is echter geen oplossing voor ontoelaatbare verschillen in diameter, rondheid, wanddikte of uitlijning.

Wat is een gelaste mofverbinding?

Bij een mofverbinding wordt een stalen huls over de buitenzijde of in de binnenzijde van de buissegmenten geplaatst. De mof zorgt voor een overlap tussen beide buisdelen en kan het centreren en monteren van de funderingsbuizen vereenvoudigen.

De mof wordt volgens het constructieve detail aan de buissegmenten gelast. Afhankelijk van de uitvoering kunnen hoeklassen, stompe lassen of een combinatie van lasdetails worden gebruikt. De belastingen worden via de lassen, contactvlakken en de wand van de mof overgedragen.

Een mofverbinding is niet automatisch even sterk of stijf als de oorspronkelijke stalen buis. De constructieve capaciteit wordt onder meer bepaald door:

• de diameter en wanddikte van de mof;
• de overlaplengte;
• de afmetingen en positie van de lassen;
• de ruimte tussen de mof en de buis;
• plaatselijke vervorming van de buiswand;
• de staalsoort van de buis en de mof;
• de optredende druk-, trek-, dwarskracht- en buigbelasting.

De mof, buissegmenten en lasverbindingen moeten daarom als één constructief systeem worden berekend en gecontroleerd.

Hoe werkt een getrompte verbinding?

Bij trompen wordt het uiteinde van een stalen buis door koudvervorming plaatselijk verwijd. Een volgend buissegment met een passende buitendiameter kan vervolgens in het getrompte buiseinde worden geschoven. Zo ontstaat een telescopische overlapverbinding.

Een getrompt buiseinde kan het positioneren, centreren, koppelen en verlengen van buissegmenten vereenvoudigen. Omdat de mof in de buis zelf is gevormd, is geen afzonderlijk los koppelstuk nodig.

De getrompte aansluiting is niet zonder aanvullende onderbouwing volledig trek-, torsie- of momentvast. Wanneer de verbinding ook trekkracht, buiging, torsie of dynamische belasting moet opnemen, kan een aanvullende rondgaande las of andere constructieve borging nodig zijn.

Ook de insteeklengte, passing en lokale vervorming van het getrompte gedeelte moeten worden gecontroleerd. Bij buispalen die met beton, cementgrout of injectiemortel worden gevuld, kan bovendien de afdichting van de koppeling belangrijk zijn.

Kunnen stalen buispalen zonder lassen worden verlengd?

Stalen buispalen kunnen zonder lassen worden verlengd wanneer een daarvoor ontworpen mechanische paalkoppeling wordt toegepast. Voorbeelden zijn schroefkoppelingen, conische koppelingen, insteekkoppelingen, geboute verbindingen en klemsystemen.

Mechanische koppelingen worden onder meer gebruikt bij modulaire funderingssystemen, werkzaamheden onder beperkte werkhoogte en situaties waarin lassen op de bouwplaats moeilijk uitvoerbaar is. De montagetijd kan korter zijn en de uitvoering is minder afhankelijk van wind, neerslag en temperatuur.

De mechanische verbinding moet aantoonbaar geschikt zijn voor het werkelijke belastinggeval. Bij de beoordeling kunnen onder meer de volgende eigenschappen relevant zijn:

• axiale druk- en trekcapaciteit;
• moment- en dwarskrachtcapaciteit;
• torsieweerstand;
• vermoeiingssterkte;
• montagetoleranties;
• corrosiebestendigheid;
• vereiste insteeklengte of aandraaimoment.

Een mechanische koppeling die voldoende drukkracht overdraagt, heeft niet automatisch dezelfde trek- of buigcapaciteit als de oorspronkelijke buisdoorsnede. De koppeling wordt daarom toegepast als onderdeel van een berekend en gedocumenteerd paalsysteem.

Welke staalsoorten en buismaten moeten worden gecontroleerd?

Voor stalen funderingspalen worden onder meer de sterkteklassen S235, S275 en S355 toegepast. Bij constructieve holle profielen komen volledige materiaalaanduidingen voor zoals S235JRH en S355J2H. De juiste materiaalkeuze hangt af van de belasting, paalgeometrie, lasbaarheid, bodemomstandigheden en projectspecificatie.

De letter H in een aanduiding zoals S355J2H geeft aan dat het materiaal voor holle profielen is bestemd. De aanduiding J2 verwijst naar een voorgeschreven kerfslagenergie bij een vastgelegde beproevingstemperatuur. Voor constructieve stalen buisprofielen kunnen productnormen zoals EN 10219 en EN 10210 relevant zijn, maar niet iedere funderingsbuis valt automatisch onder deze normen.

Voor het koppelen en verlengen van buispalen worden minimaal de volgende materiaal- en maatgegevens gecontroleerd:

• buitendiameter;
• nominale en werkelijke wanddikte;
• ovaliteit en rondheid;
• rechtheid;
• staalsoort en materiaalgroep;
• productienorm;
• lasbaarheid;
• materiaalcertificaat en chargenummer.

Buissegmenten met verschillende buitendiameters of wanddiktes kunnen soms worden verbonden, maar vereisen een ontworpen overgangsdetail. Abrupte verschillen in wanddikte, diameter of stijfheid kunnen lokale spanningsconcentraties veroorzaken.

Welke lasprocedure geldt voor een paalverbinding?

Het lassen van stalen buispalen gebeurt volgens een WPS: een Welding Procedure Specification of lasmethodebeschrijving. Hierin zijn onder meer het lasproces, toevoegmateriaal, laspositie, naadvorm, laagopbouw, warmte-inbreng en eventuele voorwarm- en tussenlaagtemperaturen vastgelegd.

De WPS wordt waar vereist onderbouwd met een gekwalificeerde lasmethodebeproeving. ISO 15614-1 bevat regels voor de kwalificatie van lasprocedures voor het boog- en autogeenlassen van staal. De uitvoerende lasser moet passend zijn gekwalificeerd voor het toegepaste lasproces, materiaal, diktebereik en verbindingstype, bijvoorbeeld volgens ISO 9606-1.

Of voorverwarming noodzakelijk is, hangt niet alleen af van de sterkteklasse. Ook de chemische samenstelling, het koolstofequivalent, de wanddikte, omgevingstemperatuur, vochtigheid, warmte-inbreng, lasmethode en mate van opsluiting spelen een rol.

Welke normen zijn relevant voor het koppelen van buispalen?

De toepasselijke normen hangen af van het type funderingspaal, de constructieve functie en de gekozen uitvoeringsmethode. De constructeur en uitvoeringsspecificatie bepalen welke normen en kwaliteitsniveaus voor een project gelden.

NEN-EN 12699 bevat algemene uitvoeringsregels voor grondverdringende palen. Hieronder vallen paalsystemen die door heien, trillen, drukken, schroeven of een combinatie daarvan in de grond worden aangebracht.

NEN-EN 14199 behandelt de uitvoering van micropalen binnen het toepassingsgebied van deze norm. Voor het constructieve ontwerp van stalen dragende palen en damwanden is Eurocode 3, deel 5, relevant.

Aanvullende normen voor lasprocedures, lasserkwalificaties, visuele inspectie en niet-destructief onderzoek worden toegepast wanneer deze in het ontwerp, bestek of inspectie- en testplan zijn voorgeschreven.

Hoe wordt een gelaste paalverbinding gecontroleerd?

De kwaliteitscontrole begint voordat de eerste las wordt aangebracht. Daarbij worden onder meer de materiaalidentificatie, laskanten, reinheid, vooropening, uitlijning, rondheid, wandverspringing en eventuele beschadigingen gecontroleerd.

Tijdens het lassen worden de voorgeschreven lasvolgorde, laslagen, warmte-inbreng, voorwarmtemperatuur, tussenlaagtemperatuur en weersomstandigheden bewaakt. Na uitvoering volgt minimaal een visuele beoordeling van de volledige rondgaande las.

ISO 17637 beschrijft het visuele onderzoek van smeltlasverbindingen en kan ook worden gebruikt voor controles vóór het lassen. ISO 5817 bevat kwaliteitsniveaus voor onvolkomenheden in smeltlasverbindingen. Welk kwaliteitsniveau van toepassing is, wordt projectspecifiek bepaald.

Niet-destructief onderzoek van de las

Wanneer de belasting, het risico of de projectspecificatie dit vereist, kan aanvullend niet-destructief onderzoek worden uitgevoerd. Daarmee kunnen oppervlaktefouten of inwendige lasonvolkomenheden worden opgespoord zonder de verbinding te beschadigen.

• Magnetisch onderzoek wordt gebruikt voor oppervlaktefouten in ferromagnetisch staal.
• Penetrantonderzoek maakt fouten zichtbaar die aan het oppervlak uitkomen.
• Ultrasoon onderzoek kan bepaalde inwendige lasonvolkomenheden detecteren.
• Radiografisch onderzoek kan worden gebruikt om de inwendige laskwaliteit te beoordelen.

De geschiktheid van een onderzoeksmethode hangt af van de lasvorm, wanddikte, materiaalsoort, bereikbaarheid en vereiste acceptatiecriteria.

Welke gegevens worden bij het verlengen van buispalen vastgelegd?

Een betrouwbare verbinding moet achteraf herleidbaar en controleerbaar zijn. Daarom worden doorgaans de positie en diepte van iedere paalkoppeling, de identificatie van de buissegmenten en de gebruikte verbindingsmethode geregistreerd.

Bij een gelaste verbinding kunnen onder meer de volgende gegevens in het lasdossier of inspectie- en testplan worden opgenomen:

• materiaalcertificaten en chargenummers;
• buitendiameter, wanddikte en staalsoort;
• lasdetail en lasnaadvoorbereiding;
• WPS en bijbehorende kwalificatie;
• identificatie en kwalificatie van de lasser;
• voorwarm- en tussenlaagtemperaturen;
• resultaten van visuele inspecties;
• resultaten van aanvullend lasonderzoek;
• uitgevoerde reparaties;
• herstel van coating of conservering.

Bij mechanische paalkoppelingen worden daarnaast het systeemtype, de montageprocedure, insteeklengte, borging en eventuele controlewaarden vastgelegd. Daarmee blijft aantoonbaar dat de verlengde stalen buispaal volgens het funderingsontwerp en de uitvoeringsspecificatie is aangebracht.

Vragen over het koppelen of verlengen van stalen buispalen?

Heeft u vragen over geschikte buismaten, staalsoorten of bewerkingen voor een gekoppelde of verlengde buispaal? Neem contact op voor een technische afstemming.

☎ Telefoon: 0168 – 35 66 55

✉ E-mail: sales@solines.nl