artikel

Betrouwbaarder ontwerpmodel voor paalmatras

bouwbreed

Het ontwerp van de geokunststof wapening in paalmatrassen kan veel nauwkeuriger dankzij een nieuw ontwerpmodel. Dat komt bijna perfect overeen met de werkelijkheid, blijkt uit proeven van Deltares. De bestaande CUR-ontwerprichtlijn wordt er dit jaar nog op aangepast.

Met behulp van het nieuwe ontwerpmodel kan de onzekerheid over de trekkrachten in de geokunststof wapening van een paalmatras afnemen met een factor 2,5. Die krachten waren voorheen uitermate lastig te berekenen voor deze funderingsmethode voor (spoor)wegen in slappe grond. “Dit model is veel betrouwbaarder. Het kan leiden tot paalmatrassen met minder wapening of met de palen verder uiteen”, vertelt expert geotechniek Suzanne van Eekelen van Deltares. Zij promoveerde deze week op het onderzoek aan de faculteit Civiele Techniek van de TU Delft.

In Nederland zijn sinds begin deze eeuw circa zestig paalmatrassen gebouwd als wegfundering in slappe grond. De aanleg van een ‘woud van palen’ met een geokunststof wapening erop is relatief duur, maar kan op termijn voordelig zijn omdat het verzakkingen voorkomt. De techniek is bovendien snel uitvoerbaar en maakt voorbelasting overbodig.

Een paalmatras bestaat uit een fundering van palen met paaldeksels waarop een grondlichaam ligt. Dat is aan de onderkant gewapend met een geokunststof. Traditioneel wordt de berekening van de te verwachten rek in twee stappen uitgevoerd. Daarbij wordt de belasting in tweeën gesplitst: het deel dat naar de palen gaat en het deel dat naar de wapeningsstrip ertussen wordt afgevoerd.

Van Eekelen wilde met haar onderzoek de precieze werking van die belastingverdeling achterhalen. Daartoe bouwde ze een paalmatras na in het geo-laboratorium van Deltares. De proefopstelling bestond uit vier funderingspaaltjes met een diameter van 10 centimeter, omgeven door een met water verzadigd en waterdicht ingepakt schuimrubberen kussen met een kraantje. Door op het kussen te drukken, werd het water er via het kraantje uitgeperst. Dat simuleerde de consolidatie van de slappe grond tussen de palen. Op het kussen kwam een zandlaagje, met daar bovenop een geokunststof wapening op een stalen frame, een ‘aardebaan’ en nog een waterkussen. Dat waterkussen zorgde voor bovenbelasting op de aardebaan en consolideerde het schuimrubberen kussen tussen de palen. “De proeven stelden ons in staat om de belastingverdeling precies te meten”, vertelt Van Eekelen. “Zoals we al dachten gaat het grootste deel van de belasting naar de stijvere elementen, de palen. De rest van de belasting op de geokunststof blijkt de vorm te hebben van een omgekeerde driehoek, met de laagste druk in het midden.”

 

Proeven in het laboratorium van Deltares.

Die ontdekking was belangrijk, want voorheen hadden onderzoekers en funderingsbedrijven geen idee hoe ze hun ontwerpmethode zouden kunnen verbeteren. De ontdekking vormt de basis voor de ontwikkeling van het nieuwe Concentric Arches-model.

Voor validatie vergeleek Van Eekelen het model met veldmetingen uit praktijkprojecten van over de hele wereld. Conclusie: de rek berekend met het oude model is gemiddeld 2,5 keer zo groot als de daadwerkelijk gemeten rek en paalmatrassen hebben gemiddeld dus 2,5 keer meer wapening dan noodzakelijk. De conservatieve bestaande ontwerpmodellen voor de bepaling van de wapeningssterkte kunnen dus de prullenbak in. Het nieuwe model geeft direct een betrouwbaar beeld van de benodigde sterkte en stijfheid van de geokunststof wapening. Daardoor zijn paalmatrassen in de toekomst veel nauwkeuriger te ontwerpen en worden de toepassingsmogelijkheden groter. De kans op missers wordt ook fors verminderd.

Internationaal is er grote belangstelling voor het nieuwe ontwerpmodel. Van Eekelen heeft inmiddels, met een aantal collega-onderzoekers, verschillende internationale prijzen gekregen voor haar onderzoekswerk, waaronder de International Geosynthetics Society (IGS) prijs. De nieuwe CUR-ontwerprichtlijn voor paalmatrassen wordt na de zomer gepresenteerd.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels