Wat is een vibropaal?
Een vibropaal is een grondverdringende betonpaal met tijdelijke hulpbuis; bij een stalen buispaal blijft de buis permanent in de bodem.
Een vibropaal is een in de grond gevormde funderingspaal. Voor de uitvoering wordt een stalen hulpbuis tot het berekende paalpuntniveau in de bodem gebracht. Nadat wapening en betonspecie zijn aangebracht, wordt de hulpbuis weer getrokken. Het achterblijvende beton vormt na verharding de definitieve paalschacht.
De stalen hulpbuis wordt ook aangeduid als vibrobuis, mantelbuis, tijdelijke casing of heibuis. In de staal- en funderingsbranche wordt soms over een stalen vibropaal of vibrobuispaal gesproken wanneer feitelijk deze herbruikbare hulpbuis wordt bedoeld. De gerealiseerde vibropaal is echter hoofdzakelijk een betonnen funderingspaal.
Vibropalen worden gebruikt voor diepe funderingen. Ze brengen belastingen van een gebouw of civieltechnische constructie over naar dieper gelegen draagkrachtige grondlagen. De belastingsoverdracht vindt plaats via paalpuntweerstand, schachtwrijving of een combinatie daarvan.
Hoe wordt een vibropaal aangebracht?
Bij het klassieke vibropaalsysteem wordt een stalen hulpbuis met een gesloten onderzijde op de uitgezette paalpositie geplaatst. De onderzijde wordt meestal afgesloten met een voetplaat. Vervolgens wordt de hulpbuis met een heiblok tot de voorgeschreven funderingsdiepte ingebracht.
Na het bereiken van het vereiste inheiniveau wordt gecontroleerd of de hulpbuis droog en vrij van ingedrongen grond is. Daarna wordt de wapeningskorf aangebracht en wordt de buis gevuld met betonspecie. De hulpbuis wordt vervolgens gecontroleerd omhooggetrokken, waarbij het beton de vrijgekomen ruimte opvult.
- De paalpositie wordt uitgezet.
- De stalen hulpbuis met voetplaat wordt geplaatst.
- De buis wordt tot het vereiste paalpuntniveau geheid.
- De binnenzijde van de hulpbuis wordt gecontroleerd.
- De wapening en betonspecie worden aangebracht.
- De hulpbuis wordt heiend of trillend teruggetrokken.
- De betonnen paalkop wordt op het vereiste niveau afgewerkt.
Het woord vibro betekent niet dat de hulpbuis altijd uitsluitend trillend de grond in wordt gebracht. Bij de traditionele vibropaal wordt de buis doorgaans heiend ingebracht. Het terugtrekken kan door terugheien, trillen of een combinatie van technieken plaatsvinden. De precieze uitvoeringsmethode hangt af van het toegepaste paalsysteem en het funderingsmaterieel.
Tijdens het heien kan de weerstand van de bodem worden geregistreerd. Dit wordt in de funderingstechniek ook wel kalenderen genoemd. Kalendergegevens geven inzicht in het inheigedrag van de paal, maar vervangen het geotechnische ontwerp op basis van sonderingen en grondonderzoek niet.
Wat is een stalen buispaal?
Een stalen buispaal is een ronde, holle funderingspaal waarvan de stalen buis permanent in de bodem achterblijft. De stalen wand maakt deel uit van de blijvende constructieve doorsnede en kan bijdragen aan de opname van druk, trek, buiging en horizontale belastingen.
Stalen buispalen worden in de praktijk ook aangeduid als stalen funderingspalen, buisheipalen of stalen heipalen. Een stalen buispaal is alleen een heipaal wanneer deze daadwerkelijk met een heiblok wordt ingebracht. Andere installatietechnieken zijn eveneens mogelijk.
Een stalen funderingsbuis kan een open of gesloten onderzijde hebben. Bij een gesloten buispaal wordt de onderzijde afgesloten met bijvoorbeeld een voetplaat, paalschoen of andere afsluiting. Bij een open buispaal kan tijdens het inbrengen grond in de buis terechtkomen.
Afhankelijk van de bodemgesteldheid en installatiemethode kan bij een open buispaal een grondprop ontstaan. Deze grondprop kan invloed hebben op de indringingsweerstand, de paalpuntweerstand en het uiteindelijke geotechnische draagvermogen.
Een stalen buispaal kan hol blijven of gedeeltelijk of volledig worden gevuld met beton, grout en wapening. Ook bij een gevulde buispaal blijft de stalen buitenwand een permanent onderdeel van de funderingsconstructie.
Is een vibropaal hetzelfde als een stalen buispaal?
Een vibropaal is niet hetzelfde als een stalen buispaal. Bij een vibropaal wordt de stalen buis tijdelijk gebruikt om een betonnen paal in de bodem te vormen. Bij een stalen buispaal blijft de buis achter en vormt het staal een blijvend onderdeel van de fundering.
| Kenmerk | Vibropaal | Stalen buispaal |
|---|---|---|
| Type paal | In de grond gevormde betonpaal | Permanente stalen funderingspaal |
| Functie van de buis | Tijdelijke hulpbuis of casing | Blijvend constructief element |
| Definitieve paalschacht | Beton, meestal met wapening | Staal, eventueel gevuld met beton of grout |
| Gebruikelijke installatie | Hulpbuis heien, vullen en trekken | Heien, trillen, drukken, schroeven of boren |
| Grondverdringing | Grondverdringend | Afhankelijk van paalpunt en installatiemethode |
| Buis na uitvoering | Wordt teruggewonnen | Blijft in de bodem |
| Belangrijke kwaliteitscontrole | Betonpeil, betonvolume, wapening en trekproces | Materiaalgegevens, verbindingen en installatiegegevens |
| Corrosiebeoordeling | Geen permanente stalen buitenmantel | Corrosie van het blijvende staal beoordelen |
Het voornaamste verschil tussen een vibropaal en een stalen buispaal is dus de functie van de stalen buis. Bij het vibropaalsysteem is de buis uitvoeringsmaterieel. Bij een permanente buispaal is zij onderdeel van de dragende constructie.
Welke andere paalsystemen lijken op een vibropaal?
Naast de klassieke vibropaal bestaan andere in de grond gevormde paalsystemen waarbij een tijdelijke hulpbuis wordt gebruikt. De installatiewijze kan echter verschillen. Een grondverdringende schroefpaal wordt bijvoorbeeld schroevend in plaats van heiend aangebracht.
Een Fundexpaal of een vergelijkbaar schroefpaalsysteem is daarom technisch geen klassieke vibropaal. Beide systemen kunnen een betonnen funderingspaal met een tijdelijke hulpbuis opleveren, maar de wijze waarop de buis de grond in wordt gebracht verschilt.
Wanneer een schroevend, trillend of heiend ingebrachte stalen buis niet wordt getrokken maar permanent achterblijft, is sprake van een stalen buispaal. De installatietechniek bepaalt dus niet zelfstandig hoe de paal moet worden geclassificeerd; ook het blijvende materiaal is bepalend.
Verschillen in draagvermogen en belastingsoorten
Het geotechnische draagvermogen van een funderingspaal wordt bepaald door de bodemopbouw, paaldiameter, paallengte, paalpunt, installatiemethode en interactie tussen paal en grond. Alleen de diameter, staalsoort of wanddikte is onvoldoende om het draagvermogen vast te stellen.
Bij een vibropaal wordt de constructieve capaciteit na verharding voornamelijk bepaald door de betondoorsnede, betonsterkte, wapening en paalgeometrie. De wapening kan worden afgestemd op verticale druk, trekkrachten, buigende momenten en de krachten in de aansluiting met een funderingsbalk of poer.
Vibropalen kunnen bij een passend ontwerp ook als trekpaal worden uitgevoerd. Hiervoor moet de wapening voldoende ver in de paalschacht worden doorgezet en correct worden verankerd in de bovenliggende funderingsconstructie.
Bij een stalen buispaal kan de stalen wand bijdragen aan de opname van verschillende belastingen:
- verticale drukbelasting;
- trekbelasting;
- buigende momenten;
- dwarskrachten;
- horizontale belasting;
- dynamische en wisselende belastingen.
De constructieve capaciteit van een stalen funderingspaal hangt onder meer af van de buitendiameter, wanddikte, staalsoort, verbindingen, kniklengte en resterende wanddikte gedurende de ontwerplevensduur. Bij een met beton gevulde buispaal kan onder voorwaarden een samengestelde staal-betondoorsnede worden ontworpen.
Wat is de invloed van grondverdringing?
Een klassieke vibropaal is een grondverdringende paal. De gesloten hulpbuis duwt de aanwezige grond tijdens het inbrengen opzij. Hierdoor wordt geen of nauwelijks grond uit de bodem verwijderd.
Grondverdringing kan de spanningstoestand rond de paal veranderen. In zandlagen kan plaatselijk verdichting optreden. In slappe klei- of veenlagen kan de grond zijwaarts worden verplaatst. De effecten hangen af van de bodemopbouw, paalafstand, installatiesnelheid en uitvoeringsvolgorde.
Een gesloten stalen buispaal is eveneens grondverdringend. Bij een open buispaal kan grond in de buis dringen, waardoor het verdringende effect anders is. Ook de vorming van een grondprop speelt hierbij een rol.
Bij meerdere palen op korte afstand moet rekening worden gehouden met de invloed van het aanbrengen van nieuwe palen op reeds uitgevoerde palen en omliggende constructies. Dit geldt vooral bij slappe bodemlagen, grote paaldiameters en een hoge concentratie funderingspalen.
Diameter, paallengte en wanddikte
De maatvoering van een vibropaal wordt doorgaans beschreven aan de hand van de diameter van de stalen hulpbuis of de gevormde betonnen paalschacht. De benodigde diameter en paallengte worden vastgesteld op basis van de funderingsbelasting en de resultaten van het geotechnische onderzoek.
De wanddikte van een vibrobuis is vooral van belang voor het tijdelijke uitvoeringsmaterieel. De hulpbuis moet bestand zijn tegen hei- en trilbelastingen, slijtage, lokale vervorming en herhaald gebruik. De wanddikte van de hulpbuis bepaalt niet rechtstreeks het constructieve draagvermogen van de uiteindelijke betonpaal.
Bij een permanente stalen buispaal is de wanddikte wel onderdeel van de constructieve doorsnede. Een grotere wanddikte kan de weerstand tegen druk, trek, buiging, lokale vervorming, installatiebelastingen en corrosieverlies vergroten.
De paaldiameter, wanddikte en lengte moeten altijd gezamenlijk worden beoordeeld. Een grote diameter met een geringe wanddikte gedraagt zich constructief anders dan een kleinere, zwaarwandige funderingsbuis.
Welke staalsoorten worden gebruikt?
Voor stalen hulpbuizen en permanente funderingsbuizen kunnen verschillende soorten constructiestaal worden gebruikt. Veelvoorkomende sterkteklassen zijn S235, S275 en S355. Voor ronde constructiebuizen komen onder meer de kwaliteiten S235JRH en S355J2H voor.
De aanduiding S355 verwijst naar constructiestaal met een hogere minimale vloeigrens dan S235 bij vergelijkbare materiaaldiktes. Een hogere vloeigrens betekent echter niet automatisch dat een staalsoort voor ieder funderingsproject de beste keuze is.
Ook lasbaarheid, kerftaaiheid, vermoeiingsbelasting, diameter, wanddikte, verbindingstechniek en projectspecificaties zijn van belang. Bij dynamisch belaste constructies, offshoretoepassingen of lage temperaturen kunnen aanvullende materiaaleisen gelden.
De letter H in kwaliteiten als S355J2H geeft aan dat het staal bestemd is voor een constructief buisprofiel. De aanduidingen JR, J0 en J2 hebben betrekking op de kerfslagtaaiheid bij vastgelegde beproevingstemperaturen.
Welke productnormen gelden voor stalen buizen?
Gelaste ronde constructiebuizen kunnen onder EN 10219 vallen wanneer zij koudvervaardigd zijn. Voor warmvervaardigde constructieve buisprofielen is EN 10210 relevant. Beide normen bevatten eisen aan onder meer materiaaleigenschappen, toleranties en leveringsvoorwaarden.
Een stalen buis kan ook volgens een andere productnorm zijn vervaardigd. De geschiktheid voor een funderingspaal kan daarom niet uitsluitend worden bepaald aan de hand van de staalsoort of de buitendiameter. De volledige productspecificatie moet aansluiten op het constructieve ontwerp en de projecteisen.
Voor de herleidbaarheid van het materiaal kan een inspectiedocument volgens EN 10204 worden verlangd. Een 3.1-inspectiecertificaat bevat productspecifieke materiaal- en beproevingsgegevens volgens de overeengekomen leveringsspecificatie.
Een materiaalcertificaat maakt een buis niet automatisch geschikt voor een funderingsproject. Ook de maatvoering, wanddikte, conditie, lasnaden, vervormingen en eventuele eerdere toepassing moeten worden beoordeeld.
Welke normen gelden voor vibropalen en buispalen?
Voor het geotechnische ontwerp van paalfunderingen in Nederland is NEN 9997-1 relevant. Deze norm combineert Eurocode 7 met de Nederlandse nationale bepalingen voor het geotechnische ontwerp van gebouwen en civieltechnische constructies.
Voor de uitvoering van grondverdringende palen is NEN-EN 12699 van belang. Deze uitvoeringsnorm behandelt palen die zonder structurele ontgraving worden aangebracht door heien, trillen, drukken, schroeven of een combinatie van deze technieken.
NEN-EN 12699 omvat zowel geprefabriceerde als in de grond gevormde palen van staal, beton, mortel, grout en materiaalcombinaties. Welke bepalingen van toepassing zijn, hangt af van het gekozen paalsysteem.
Daarnaast kunnen normen en voorschriften voor betonconstructies, staalconstructies, staal-betonconstructies, lassen, corrosiebescherming, uitvoering en kwaliteitsborging van toepassing zijn. De projectspecificatie bepaalt welke eisen concreet moeten worden gevolgd.
Trillingen, geluid en invloed op belendingen
Een traditionele vibropaal is niet trillingsarm. De hulpbuis wordt doorgaans heiend ingebracht en heiend of trillend getrokken. Hierdoor ontstaan bodemtrillingen en geluid.
Ook een stalen buispaal is niet automatisch trillingsvrij. Een geheide of getrilde stalen funderingspaal veroorzaakt dynamische belasting van de bodem. De omvang van de trillingen is afhankelijk van het materieel, de slagenergie, de bodemopbouw, de paalafmetingen en de afstand tot omliggende objecten.
Statisch drukken, schroeven of bepaalde boortechnieken kunnen de trillingshinder beperken. Deze uitvoeringsmethoden stellen echter andere eisen aan de bodemgesteldheid, bereikbaarheid, beschikbare reactiekracht en het funderingsmaterieel.
Bij funderingswerk nabij woningen, monumenten, bestaande funderingen, kabels, leidingen of trillingsgevoelige apparatuur kunnen vooropnamen, trillingsprognoses en monitoring nodig zijn. Ook geluid, zettingen en horizontale grondverplaatsingen moeten in de omgevingsbeoordeling worden meegenomen.
Kwaliteitscontrole bij het maken van een vibropaal
Bij een vibropaal vindt een belangrijk deel van de productie onder het maaiveld plaats. De uiteindelijke paalschacht kan daardoor niet volledig visueel worden gecontroleerd. Een zorgvuldige registratie van het uitvoeringsproces is essentieel.
Belangrijke controlepunten zijn:
- de positie en verticale stand van de hulpbuis;
- het bereikte paalpuntniveau;
- de toestand van de binnenzijde van de buis;
- de lengte en positie van de wapening;
- het betonpeil en gebruikte betonvolume;
- de snelheid waarmee de hulpbuis wordt getrokken;
- de uitvoering en afwerking van de paalkop.
De hulpbuis moet vóór het storten voldoende droog en vrij van ingedrongen grond zijn. Tijdens het trekken moet voldoende betonspecie in de buis aanwezig blijven. Zo wordt voorkomen dat grond of grondwater de gevormde paalschacht binnendringt.
Een onjuist trekproces of onvoldoende betontoevoer kan leiden tot insnoeringen, onderbrekingen of plaatselijke afwijkingen in de betondoorsnede. De uitvoering moet daarom worden afgestemd op de verwerkbaarheid van het beton, de buisdiameter en de treksnelheid.
Kwaliteitscontrole bij stalen buispalen
Bij een permanente stalen buispaal ligt de kwaliteitscontrole voor een belangrijk deel op het buismateriaal en de verbindingen. Ook de tijdens de installatie geregistreerde gegevens zijn van belang.
- identificatie en traceerbaarheid van het staal;
- buitendiameter en wanddikte;
- rechtheid en rondheid van de buis;
- conditie van de binnen- en buitenwand;
- kwaliteit van langs- en rondnaden;
- uitvoering van de paalpunt of voetplaat;
- positie, stand en bereikte diepte;
- hei-, tril-, druk- of schroefgegevens.
Wanneer buissegmenten op de bouwplaats worden verlengd, moeten de lasverbindingen of mechanische koppelingen geschikt zijn voor zowel de tijdelijke installatiebelastingen als de blijvende constructieve krachten.
Corrosie en levensduur
Omdat de stalen hulpbuis van een vibropaal na het storten wordt verwijderd, vormt corrosie van deze buis geen direct onderdeel van het permanente funderingsontwerp. Voor de betonpaal zijn onder meer de betonkwaliteit, milieuklasse, betondekking en bescherming van de wapening bepalend.
Bij een permanente stalen buispaal moet mogelijk wanddikteverlies door corrosie over de ontwerplevensduur worden meegenomen. De corrosiesnelheid is afhankelijk van onder andere de bodemsoort, vochtigheid, grondwater, zuurstofgehalte en chemische belasting.
De positie van het staal ten opzichte van grond, zoet water, zout water en wisselende waterstanden kan eveneens van invloed zijn. Vooral zones met wisselende blootstelling kunnen extra aandacht vragen.
Afhankelijk van het project kan rekening worden gehouden met een corrosietoeslag, een grotere uitgangswanddikte, een beschermende coating of kathodische bescherming. De noodzakelijke maatregel moet op basis van de blootstellingsomstandigheden en gewenste levensduur worden vastgesteld.
Waar worden vibropalen toegepast?
Vibropalen worden gebruikt bij paalfunderingen waar een grondverdringende, ter plaatse gevormde betonpaal past bij de bodemopbouw, funderingsbelasting en uitvoeringsomgeving.
Mogelijke toepassingen zijn:
- woningbouw;
- utiliteitsbouw;
- parkeergarages;
- distributiecentra;
- industriële fundaties;
- bepaalde civieltechnische constructies.
Een praktisch kenmerk van het systeem is dat de paallengte tijdens de uitvoering kan worden afgestemd op het aangetroffen funderingsniveau. De uitvoering vereist wel voldoende ruimte voor een funderingsstelling, een draagkrachtig werkplatform en een betrouwbare aanvoer van betonspecie.
Waar worden stalen buispalen toegepast?
Stalen buispalen worden gebruikt wanneer een permanente stalen doorsnede, een specifieke installatietechniek of een hoge weerstand tegen trek en buiging nodig is.
- funderingsherstel en renovatie;
- woning- en utiliteitsbouw;
- bruggen en viaducten;
- kademuren en oeverconstructies;
- steigers en meerconstructies;
- machine- en installatiefundaties;
- industriële en petrochemische constructies;
- energie-infrastructuur;
- waterbouw en offshoreconstructies.
Stalen paalsegmenten kunnen relatief compact worden aangevoerd en op locatie worden gekoppeld. Dit is relevant bij funderingsherstel en werkzaamheden met beperkte werkhoogte. Voor zware civiele en waterbouwkundige constructies kunnen juist lange buispalen met grote diameters en zware wanddiktes worden gebruikt.
Wanneer kies je voor een vibropaal of een stalen buispaal?
Een vibropaal kan geschikt zijn wanneer een grondverdringende, ter plaatse gestorte betonpaal gewenst is en hei- of trilwerk binnen de omgevingsvoorwaarden uitvoerbaar is. Het systeem maakt hergebruik van de stalen hulpbuis mogelijk en biedt enige flexibiliteit in de uiteindelijke paallengte.
Een stalen buispaal ligt eerder voor de hand wanneer een permanente stalen doorsnede nodig is, wanneer grote trek- of buigbelastingen moeten worden opgenomen of wanneer paalsegmenten tijdens de uitvoering moeten worden gekoppeld.
De uiteindelijke keuze tussen een vibropaal en een stalen buispaal volgt uit geotechnisch onderzoek en een constructieve berekening. Relevante factoren zijn de sonderingen, bodemopbouw, paalbelasting, funderingsdiepte, beschikbare werkruimte, trillings- en geluidseisen, corrosieomgeving, uitvoeringsrisico’s en kwaliteitsborging.
Advies over vibropalen en stalen buispalen
Wilt u bepalen welke stalen buis, diameter, wanddikte of staalsoort past bij uw funderingsproject? Neem contact op voor technisch overleg over de beschikbare mogelijkheden.
