08/10/2014
Draagkracht funderingspalen een up-date (2) Frits van Tol Deltares, TU-Delft Met bijdragen van: CUR-commissie
Funderingsdag 2014
Inleiding Titels mijn Funderingsdag lezingen •2010. Draagvermogen geheide palen Internationale context •2012. Draagkracht funderingspalen een up-date •2014. Draagkracht funderingspalen een up-date (2)
Funderingsdag 2014
1
08/10/2014
Inleiding Titels mijn Funderingsdag lezingen •2010. Draagvermogen geheide palen Internationale context •2012. Draagkracht funderingspalen een up-date •2014. Draagkracht funderingspalen een up-date (2) Dit reflecteert: thema is belangrijk, maar ontwikkelingen gaan traag Funderingsdag 2014
Overzicht lezing • • • • •
Inleiding Achtergrond gereduceerde a-factoren Onderzoek verborgen veiligheden Voorstel CUR-commissie >> NEN-cie Stand van zaken NEN-commissie
Funderingsdag 2014
2
08/10/2014
Draagvermogen factoren in NEN • Voorstel: reductie factoren vanaf 1/1/2016 • Hoe zit het met de steun in de branche? - negatief, geen falen in praktijk - positief, is nodig en na 2016 meer palen leveren - misschien niet nodig, maar daar is wel onderzoek voor nodig • Achtergronden Funderingsdag 2014
Achtergrond gereduceerde a-factoren • Delfts Cluster / CUR onderzoek/rapport 2008 ap voor grondverdringende palen
Funderingsdag 2014
3
08/10/2014
Achtergrond gereduceerde a-factoren • Delfts Cluster / CUR onderzoek/rapport 2008 ap voor grondverdringende palen
Dat wil zeggen: ap = 0,70 Funderingsdag 2014
Hoe uniek is dit resultaat?
• • • • • •
Frankrijk Belgie Verenigde Staten Australie Duitsland Engeland Funderingsdag 2014
4
08/10/2014
Verenigde staten, FHWA (Puppala et al, 2001) French method: Qp/Qm = 1.06 Var. Coef.= 0.425
Dutch method: Qp/Qm = 1.41 Var. Coef.= 0.617 10000
Pile Data from: California - CA Mississippi - MS Alabama - AL South Carolina - SC
6000
Measured Pile Capacities in kN by Pile Load Test
Measured Pile Capacities in kN by Pile Load Test
7000
+ 30% 1:1 Line SC
5000
CA
4000
- 30% 3000
CA
SC
CA MS CA CA CA MS CA MS MS AL CA CA MS CA CA CAMS CA CA
2000
1000
0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
8000
+ 30% 1:1 Line
7000 6000 5000
- 30% SC
CA
4000
CA
3000
CA CA CA CA MS CA AL CA MS CA CA MS MS CA CACA
2000 1000
SC MS MS
MS
0
7000
Interpreted Pile Capacities in kN by LCPC Method
Pile Data from: California - CA Mississippi - MS Alabama - AL South Carolina - SC
9000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 10000
Interpreted Pile Capacities in kN by European Method Funderingsdag 2014
Verenigde staten, FHWA (Puppala et al, 2001) French method: Qp/Qm = 1.06 Var. Coef.= 0.425
Dutch method: Qp/Qm = 1.41 Var. Coef.= 0.617 10000
Pile Data from: California - CA Mississippi - MS Alabama - AL South Carolina - SC
6000
Measured Pile Capacities in kN by Pile Load Test
7000
Measured Pile Capacities in kN by Pile Load Test
ap = 0,70
+ 30% 1:1 Line SC
5000
CA
4000
- 30% 3000
CA
SC
CA MS CA CA CA MS CA MS MS AL CA CA MS CA CA CAMS CA CA
2000
1000
0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Interpreted Pile Capacities in kN by LCPC Method
7000
Pile Data from: California - CA Mississippi - MS Alabama - AL South Carolina - SC
9000 8000
+ 30% 1:1 Line
7000 6000 5000
- 30% SC
CA
4000
CA
3000
CA CA CA CA MS CA AL CA MS CA CA MS MS CA CACA
2000 1000
SC MS MS
MS
0 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000 10000
Interpreted Pile Capacities in kN by European Method Funderingsdag 2014
5
08/10/2014
Australia, UWA database (Xu & Lehane 2005)
Funderingsdag 2014
Duitsland, Kempfert & Becker (2009)
Funderingsdag 2014
6
08/10/2014
Engeland, Imperial College ontwerpmethode pile diameter
Qb = qb. p. D2/4
qb = qc [1 – 0.5 log (D/Dcpt)]
reduction factor
Puntdraagvermogen (palen in zand):
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
diameter
qb = 0.3 qc for D > 0.9m (Middeling qc volgens Franse methode) Funderingsdag 2014
Internationale vergelijking ap Nederland
1,0
na 2016
0,7
Belgie
1,0
NEN methode
Frankrijk
0,5
Engeland
0,3 - 0,6
afhankelijk Dpile (0,2 – 0,9 m)
Duitsland
0,7 – 0,8
afhankelijk qc (7,5 – 15 MPa)
Australie
0,6
geheide piles
Ver. Staten
0,7
Funderingsdag 2014
7
08/10/2014
Conclusies 1. Nederlanse methode (NEN 9997-1 ) overschat puntdraagvermogen van geheide prefab palen aanzienlijk, 40% (vanaf 8D) 2. Deze bevindingen zijn in lijn met internationale richtlijnen en publicaties 3. Nederlandse methode voorspelt schachtdraagvermogen goed 4. Een validatie voor andere paaltypen is niet te maken vanwege gebrek aan goede proefbelastingen 5. Bij andere paalsystemen is het draagvermogen mede afhankelijk van de wijze van uitvoering
Funderingsdag 2014
Wat is er sindsdien (2010) gebeurd? NEN-commissie: •NEN 9997-1: Waarden voor ap en as blijven tot 2016 ongewijzigd; • Tot dan kunnen leveranciers voor hun eigen paaltype ap en as bepalen m.b.v. proefbelastingen (incl. goedgekeurde beschrijving van paalsysteem en installatieproces bij NEN deponeren). • Voor overige leveranciers en palen worden factoren in 2016 gereduceerd met 33%.
Funderingsdag 2014
8
08/10/2014
Wat is er sindsdien (2010) gebeurd? CUR-commissie 193 aan de gang • Producenten: ABFAB, NVAF • Opdrachtgevers: RWS-DI; GW-Rotterdam • Kennis instituten: Deltares, CUR • Geotechnische adviseurs: Fugro • Norm commissie: NEN
Funderingsdag 2014
CUR- cie plan 1. 2. 3. 4.
5.
Inventariseren/kwantificeren verborgen veiligheden (literatuur studie) Haalbaarheid onderzoeken van certificeren gekoppeld aan draagvermogen factoren Pilot test centrifuge, verborgen veiligheden - Vervolg centrifuge, - Veld testen; proef belastingen naar verborgen veiligheden (prefab palen) Veld onderzoek overige paaltypen
Funderingsdag 2014
9
08/10/2014
Resultaat actie 1: inventariseren/kwantificeren verborgen veiligheden •
Verbetering van de draagkracht in de tijd
•
Groepseffecten
Funderingsdag 2014
Verbetering van de draagkracht in de tijd van geheide palen Veel onderzoek: - vnl. op stalen palen - trekpalen - prefab beton palen (Axelsson,2002)
Funderingsdag 2014
10
08/10/2014
Verbetering van de draagkracht in de tijd 2,500 2,250
1,800
2,000
1,600 Bullock et al. 2005
1,500 1,250 1,000
Q0= 1689 kN A = 0.155 t0 = 1 day
750 500 250
1,400
Capacity (kN)
capacity (kN)
1,750
0
1,200 1,000 Axelsson B, 2002 800 600
Q0= 989 kN A = 0.374 t0 = 1 day
400 1
10
100
time (days)
1,000
200 0
Metingen van Bullock et al. 2005
10-2
10-1
100
101
102
time (days)
Metingen van Axelsson, 2002,
Funderingsdag 2014
Verbetering van de draagkracht in de tijd • Paalpuntcapaciteit verandert nauwelijks in tijd (Axelsson 2002); (Bullock 2005); • Schachtwrijving neemt toe in tijd. Toename is lineair met logaritme van tijd. Een 10 keer langere tijdsduur geeft toename van ca. 20% of meer; • Schachtwrijving neemt toe doordat horizontale spanning toeneemt en het zand rondom de paal meer wil dilateren.
Funderingsdag 2014
11
08/10/2014
Aanbeveling Ontwikkeling draagkracht in de tijd t Qt Q0 .1 A. log 10 t0 Onderzoek experimenteel: - grootte van A - effecten van paal: diameter, ruwheid paal, paal type, zand: pakking, korrel verdeling etc heivolgorde, wisselende belasting
Funderingsdag 2014
Vergelijking sondering DKM4 (voor) met DKM6-01 (na)
Groepseffecten
Conusweerstand in MPa 0
10
20
30
40
0
f1 is veelvuldig gecontroleerd adhv praktijkmetingen en lijkt veilige waarde
-5
voor het heien na het heien
Voorbeeld: HSL Ringvaartaquaduct te Abbenes
-10
Diepte t.o.v. NAP
-15
-20
-25
-30
f1 berekend: 1,2 gemeten: >1,5
-35
-40
Funderingsdag 2014
12
08/10/2014
Groepseffecten Werkelijk installatie proces is echter veel complexer: - niet alleen verdichting, - maar ook opspanning t.g.v. van dilatantie - en dus lossere pakking dichtbij de paalschacht -
bij initieel dichtgepakte zanden treedt crushing op, waardoor opspanning beperkt blijft
Funderingsdag 2014
Conclusie groepseffecten In beginsel verdichtingsfactor f1 ook toepassen voor geheide op druk belaste palen. Te beantwoorden vragen: • geldt f1 voor schacht- en voor puntdraagvermogen? • welke mate en diepte verdichting beneden paalpunt? • wat is invloedsgebied 6Deq? • wat is invloed eigenschappen zand • zijn controle sonderingen na installatie nodig, zoals CUR 2001-4 bij f1 > 1,0 Effect f2 is beperkt en geen verder onderzoek Funderingsdag 2014
13
08/10/2014
Onderzoek verborgen veiligheden Conclusie • Ga door met onderzoek naar tijdseffecten - kwantificeren effect - invloed belasting wisselingen • Ga door met onderzoek naar verdichtingseffecten - effect voor paalpunt - installatie volgorde
Funderingsdag 2014
Pilot test centrifuge, tijds- en groepeffecten Onderzoeksvraag: is het mogelijk setup - en groeps effect te quantificeren in geot. centrifuge 900 mm
D = 16 mm
Funderingsdag 2014
14
08/10/2014
Onderzoeksvraag - Voordeel centrifuge: gecontroleerde condities en lagere kosten dan field tests). - Het mechanisme achter set-up is vermoedelijk kruip, dat niet met “g” meeschaalt in een centrifuge - Bij lineair verband tussen draagkracht en log t moet pile set-up bepaald kunnen worden door proefbelasting op 1, 10, 100 en 1000 min na paal installatie
Funderingsdag 2014
16th January 2014
Gerelateerde vragen - Heeft de wijze van installeren invloed - Wat is de invloed van het installeren van naast gelegen palen - Wat is de invloed van cyclische belasting
Funderingsdag 2014
16th January 2014
15
08/10/2014
Test lay out • Twee geinstrumenteerde palen (1&2) en twee ‘dummies’ (3&4); • D=16mm • Testen werden uitgevoerd bij 40g • Proefbelasting 1, 10, 100 and 1000 min na installatie • op paal 1 (enkele paal) • en paal 2 (paal in groep)
•Twee test series: Verschil: wijze installatie paal 1 Verschil volgorde installatie palen in groep • Installatie methode Funderingsdag 2014
Pile installation
Funderingsdag 2014
16
08/10/2014
Installatie palen
• •
Pile 1 “Pseudo-driven”
Pile 2 “Jacked”
Funderingsdag 2014
Test resultaten (test series 2) • • •
Pile 1 (Pseudo-driven) “Single pile”
Pile 2 (Jacked) “Group pile” (installation order:
3, 2, 4)
Funderingsdag 2014
17
08/10/2014
Resultaten Ontwikkeling schacht weerstand Single pile
Pile 1: Pseudo-driven Pile 2: Jacked .
Group pile
Installation order series 1: 2, 3+4 Installation order series 2: 3, 2, 4 Funderingsdag 2014
Conclusies • De resultaten vanset-up zijn niet overtuigend • Verstorende factoren: - uitvoering verplaatsing gestuurd - het herhaald belasten van dezelfde paal • Het lijkt dat gedrukte palen meer set-up vertonen dan de pseudo geheide palen • Het installeren van “buur palen” geeft wel hogere schachtwrijving maar daarna een negatieve set-up
Funderingsdag 2014
18
08/10/2014
Noors onderzoek set-up van palen, (Karlsrud et al, 2014) Stalen open buis palen, belast op trek
Funderingsdag 2014
Resultaten Set-up van palen in zand verloopt meer volgens: - Qus =Qusref +a∙tanh[(b∙(t-tref)] dan volgens - Q = Q0 · [1 + Δ10 · log10 (t/t0)]
Funderingsdag 2014
19
08/10/2014
Resultaten - In zand volgt set-up een S-curve - Dit kan verklaren waarom de resultaten in in de centrifuge niet erg overtuigend waren - “Significant ageing effects for axially loaded piles in sand (and clay) verified by new field load tests”
Funderingsdag 2014
CUR- cie plan 1. 2. 3. 4.
5.
Inventariseren/kwantificeren verborgen veiligheden (literatuur studie) Volgens Haalbaarheid onderzoeken van certificeren NEN gekoppeld aan draagvermogen factoren haalbaar Pilot test centrifuge, verborgen veiligheden - Vervolg centrifuge, - Veld testen; proef belastingen naar geen financiering verborgen veiligheden (prefab palen) voor gevonden Veld onderzoek overige paaltypen
Funderingsdag 2014
20
08/10/2014
Stand van Zaken - Geen duidelijkheid over verborgen veiligheden voor geheide prefab palen - Geen duidelijkheid over a-factoren overige paalsystemen -1/1/2016 worden draagvermogen factoren in NEN 9997-1 verlaagd
Funderingsdag 2014
CUR: Projectplan Paalklassefactoren koppelen aan certificering Doelstellingen 1. Gebruik van paalklassefactoren koppelen aan resultaten van proefbelastingen, uitgevoerd door gecertificeerde bedrijven op door gecertificeerde bedrijven geleverde funderingspalen. 2. Opstellen van spelregels voor door NEN te beheren transparant systeem waarin paalklassefactoren zijn opgenomen. >> Plan is aan NEN-commissie Geotechniek gestuurd Funderingsdag 2014
21
08/10/2014
Stappenplan 1. Samenstellen van een werkgroep die een NTA (Nederlandse Technische Afspraak) gaat opstellen. De werkgroep voert de volgende stappen uit. 2. Vastleggen waaraan een bedrijf of instelling moet voldoen om een paal te installeren, al dan niet ten behoeve van een proefbelasting (certificering). 3. Vastleggen waaraan een bedrijf of instelling moet voldoen om een proefbelasting uit te voeren en de resultaten te interpreteren (certificering). 4. Op basis van NEN 9997-1 en OntwNEN-EN-ISO 22477-1 in detail vastleggen waaraan een proefveld voor het uitvoeren van een proefbelasting, moet voldoen (NTA). 5. Vastleggen waaraan de installatie van een paal ten behoeve van een proefbelasting moet voldoen (NTA). 6. Op basis van NEN 9997-1 en OntwNEN-EN-ISO 22477-1 vastleggen waaraan het uitvoeren van een proefbelasting die bedoeld is voor het bepalen van paalklassefactoren, moet voldoen (NTA) 7. Vastleggen waaraan de interpretatie van de resultaten van een proefbelasting moet voldoen om in aanmerking te komen voor opname in het NEN-register (NTA). 8. Vastleggen In NEN 9997-1 dat de volgens de NTA afgeleide paalklassefactoren alleen onder de in het uniforme certificatieschema genoemde voorwaarden mogen worden gebruikt (indien niet aan de voorwaarden wordt voldaan, mogen de in NEN 9997-1 op te nemen (minimum) waarden worden gebruikt. 9. Zeker stellen van een blijvende, goede werking van het ontwikkelde systeem (schemabeheer). 10. Organiseren van een centraal register voor certificaten. Funderingsdag 2014
In stemming in NEN-commissie 1)
Voortgaan met CUR voorstel (evt. in aangepaste vorm)
2)
NEN 9997-1 handhaven (= 33 % reductie per 1 jan 2016) – geen energie en effort in certificering en proefbelastingen
3)
NEN 9997-1 minimaal aanpassen (tabel en onderschrijving)
Funderingsdag 2014
22
08/10/2014
Conclusie • Er lijkt meerderheid van de NEN commissie voor doorgaan met CUR voorstel • De NVAF is negatief over de haalbaarheid CURvoorstel vanwege de hoge kosten van proefbelastingen (en certificering)
Funderingsdag 2014
NVAF standpunt1 • Betwijfelt of paalpuntdraagvermogen te laag is. • Gelooft in verborgen veiligheden • Opdrachtgevers belang om hier onderzoek naar te doen (i.p.v. hogere bouwkosten te accepteren) • Branche niet in staat tot investering voor proefbelastingen en certificering • Verlaag alleen ap • Voer proefbelastingen in kader van projecten uit • Gebruik uitvoeringsnormen ipv certificering 1. Mondeling van Bartho Admiraal Funderingsdag 2014
23
08/10/2014
Conclusie • De NEN-commissie zit in lastig parket. • Besluit tot voorstel 1 betekent in praktijk voorstel 2 NEN 9997-1 handhaven (= 33 % reductie per 1 jan 2016) – geen energie en effort in certificering en proefbelastingen
Funderingsdag 2014
24
