Het belang van de ondergrond voor een fundering met schroefpalen

Stel je voor dat je een tuinhuis wilt plaatsten en je giet daarvoor een klassieke betonfundering op een moerassige ondergrond. De betonlaag zelf mag nog zo sterk zijn, in geen tijd zal je tuinhuis wegzakken. Dit voorbeeld dient om het grote belang van de ondergrond te illustreren voor de stabiliteit van je constructie. Een constructie wordt gedragen door de fundering, maar die wordt op haar beurt gedragen door de grond waarop ze staat. Eigenlijk is het heel simpel: zonder een geschikte bodem red je het niet. Dat geldt voor elk type van fundering, inclusief schroefpalen.

Mechanische eigenschappen

Stabiliteit is het resultaat van een logisch stappenplan. Om te beginnen zal een stabiliteitsingenieur een lastendalingsplan maken, met daarin per steunpunt de lastendaling die naar beneden komt. Op basis daarvan moet de aannemer van de schroefpaalwerken de juiste grondschroef of schroefpaal kiezen. Daarbij houdt hij rekening met de mechanische eigenschappen van de schroefpaal. Die bepalen namelijk bij welke druk de paal zal vervormen, buigen en uiteindelijk knikken. Het spreekt vanzelf dat we die druk niet willen overschrijden door een grotere lastendaling op de schroefpaal los te laten dan wat hij fysiek aankan. Maar let op: deze mechanische eigenschap vertelt ons hooguit iets over het maximaal toelaatbare draagvermogen. Verwar die waarde dus niet met zijn nuttige draagvermogen. Denk aan het voorbeeld uit de inleiding: het uiteindelijke draagvermogen zal afhangen van de bodemsamenstelling.

Diverse types van ondergrond

Neem even aan dat een bepaald type van schroefpaal in de West-Vlaamse klei een draagvermogen krijgt van 3.200 kg. Schroef diezelfde paal in compacte zandgrond ergens in de Antwerpse Kempen, en de kans is groot dat het verkregen draagvermogen hoger ligt. Met andere woorden, het type ondergrond waarin de schroefpaal terechtkomt, is de bepalende factor voor het creëren van stabiliteit. Hoe langer de schroefpaal wordt om die in een stevige laag in de ondergrond te kunnen planten, hoe meer het gevaar op paalknik toeneemt. Een langere paal knikt namelijk makkelijker dan een korte, bij dezelfde lastendaling. Dat betekent meteen een reductie van de maximaal toelaatbare lastendaling. Het toelaatbare draagvermogen van de schroefpaal zal dus mee bepaald worden door de diepte van de betere grondkwaliteit. Voldoende reden om bij grotere lastendalingen, zoals bij de bouw van een HSB-woning, zicht te hebben op de resultaten van een lokaal uitgevoerde sondering. Meten is weten, gissen is missen!

Twee belangrijke parameters

Het sondeerverslag leert ons een aantal dingen, waaronder de bodemsamenstelling, de laagopbouw en de grondmechanische eigenschappen. Met name die laatste data hebben we nodig om het nuttige draagvermogen te kunnen inschatten. We gebruiken bewust het woord ‘inschatten’ omdat een sondering weliswaar indicatief is voor het terrein waarop ze werd uitgevoerd, maar alleen waarde heeft voor de 10 of 15 cm² die de meetplaats groot is. Opgevulde grachten of uitgravingen, bijvoorbeeld, kunnen het beeld vertekenen. Interessant in het kader van de inschatting van het te verwachten draagvermogen zijn vooral de puntbreukweerstand (Qc-waarde) en de totale zijdelingse wrijvingsweerstand of kleef (Qst-waarde). Beide laten zich plastisch uitleggen.

Kleef

Beeld je in dat je een stok met een hamer de grond in slaat. Een deel van de energie afkomstig van het vallende hamergewicht dient om de grond onder de voet van de stok te verdringen en zo de stok naar beneden te krijgen. Als je die stok weer uit de grond wilt halen, zal je merken dat je daarvoor behoorlijk wat kracht zal moeten gebruiken: de opgeperste grond drukt tegen de wand van de stok aan en maakt het moeilijk om hem uit de grond te trekken. Dat noemen we de kleef. De wrijvingsweerstand tussen de grond en paalschacht zal daarom mee deel uitmaken van het verkregen draagvermogen.

Puntbreukweerstand

Maar nog belangrijker voor het draagvermogen is de puntbreukweerstand. In een sondeerverslag geeft de puntbreukweerstand aan bij welke druk (uitgedrukt in kg/cm² of in Mpa) de conus naar beneden gedrukt kan worden. Oneerbiedig uitgedrukt meet je bij een sondering bij welke drukken je een continue 'verzakking' kan realiseren. Hoe meer druk per cm², hoe sneller de grond het zal ‘begeven’. Daarom zakken zelfs de slankste dames op naaldhakken weg in een grasveld: hun hele gewicht is geconcentreerd in één punt. Intuïtief zullen ze op hun tenen gaan lopen om hetzelfde lichaamsgewicht te spreiden over een groter oppervlak.

Voorbeeld van berekening

Zodra de gegevens van het sondeerverslag binnen zijn, kan het rekenwerk beginnen. We vertrekken van een First Base-grondschroef en de meetwaardes uit de sondering. In dit geval van onze thuisbasis in Gent.

De bovenstaande schroefpaal heeft een diameter van 76 mm. Dat levert ons een oppervlak aan de voet van 45 cm³ op (straal x straal x π). Op het breedste deel tellen we 13 schroefdraadwindingen met een breedte van 1 cm. Dat maakt een bijkomende 306 cm³ (diameter x π x 13). Nu halen we de gegevens van het sondeerverslag erbij.

Hoewel er meer is gemeten, gaan we uit van 4 Mpa of ca. 40 kg/cm² (= Qc-waarde) in de bovenste twee meter. Uiteindelijk komen we zo tot een nuttig draagvermogen van 350 cm³ x 40 kg/cm² / 3 = 4.666 kg. Waarom delen door 3? Herinner je je dat de gemeten waarde de druk is die nodig is om 'verzakking' van de conus te creëren. Het maakt de grond niets uit of die druk per cm² afkomstig is van een sondeerconus, een schroefpaal of een betonfundering. Om veilig weg te blijven van het verzakken van de schroefpaal gebruiken we in onze berekening daarom slechts 1/3de van de Qc-waarde. Dat is onze veiligheidsmarge.

Conclusie

De stabiliteit van je constructie staat of valt – bijna letterlijk – met de kennis van de ondergrond. Zonder exact te weten hoeveel de puntbreukweerstand en de wrijvingsweerstand van verschillende lagen in de ondergrond bedragen, blijft alles theoretisch drijfzand, de mechanische eigenschappen van de schroefpalen ten spijt.