Zo bepaal je het draagvermogen van je schroefpaal

Ervoor zorgen dat een gebouw stabiel op zijn grondvesten blijft staan, zo zou je de primaire functie van een fundering in een notendop kunnen omschrijven. Het gaat dus om de dalende lasten en het draagvermogen dat je nodig hebt om die lasten op te vangen. Logisch allemaal, maar hoe bereken je het draagvermogen van in dit geval schroefpalen? Welke elementen neem je mee in je berekening? En kan je dat draagvermogen ook controleren, je weet maar nooit dat iemand zich heeft vergist? Pertinente vragen waarop we in deze blog naar een antwoord zoeken.

Faalwaarde ≠ nuttige draagvermogen

Je zou kunnen denken dat het simpel is. Klem een schroefpaal van het type dat je wil gebruiken aan zijn uiteinden tussen een hydraulische pers en voer de kracht net zo hoog op tot hij vervormt, knikt of buigt. Die waarde moet dan wel zijn draagvermogen zijn, toch? Fout. Daarmee weet je alleen bij welke kracht de schroefpaal faalt, maar op zich zegt dat bitter weinig over zijn werkelijke of nuttige draagvermogen. Beeld je in dat je hetzelfde tuinhuis door exact dezelfde schroefpalen fundeert, een keer in zandgrond, een keer in klei en een keer in moerasgrond. Praktisch moeilijk om uit te voeren natuurlijk, maar mocht je de oefening doen, zou je merken dat het heel verschillende resultaten oplevert. Dat komt omdat schroefpalen, net zoals elke andere funderingsmethode trouwens, hun draagvermogen krijgen van de bodem waarin ze worden geplant. Fundamenteel voor het nuttige draagvermogen zijn met name de puntbreukweerstand en de totale zijdelingse wrijvingsweerstand (ook wel kleef genoemd). Pas wanneer je die waarden in kaart hebt, beginnen de mechanische eigenschappen van de schroefpalen te spelen.

De belangrijke puzzelstukken

Als je twee dingen moet onthouden uit ons experiment van daarnet, is het dat de bodemsamenstelling bepaalt hoeveel nuttig draagvermogen een schroefpaal finaal zal hebben en dat de designelementen pas in tweede instantie om de hoek komen kijken. Zij maken de mechanische eigenschappen van de schroefpalen uit en liggen in die zin aan de basis van de faalwaarden die daaruit voortvloeien. Een dikkere schacht, een grotere helixdiameter of gewoon meer helixes, het zijn stuk voor stuk manieren om het theoretische draagvermogen op te drijven. Passen we die kennis toe op de grondschroeven van First-Base voor de berekening van het nuttige draagvermogen, dan hebben we heel concreet de volgende gegevens nodig:

• de schachtdiameter;
• het aantal windingen;
• de puntbreukweerstand.

Om heel precies te zijn zou je in principe ook andere factoren in rekening moeten brengen, maar zeker als je een veiligheidsmarge inbouwt, volstaan die parameters om mee aan de slag te gaan. Sterker nog, de kleef laten we helemaal buiten beschouwing, terwijl die het nuttige draagvermogen positief beïnvloedt. De waarde die uit de berekening rolt, is dus zeer voorzichtig.

Berekening van het nuttige draagvermogen

Eén type grondschroeven van First-Base heeft een schachtdiameter van 76,1 mm. Volgens de formule ‘straal x straal x π’ levert ons dat een oppervlak aan de voet op van 45 cm².

(1) 3,8 cm x 3,8 cm x 3,14 = 45 cm²

Houd die waarde even vast in je geheugen, want diezelfde exemplaren van grondschroeven beschikken tevens over 13 schroefdraadwindingen met een breedte van 1 cm. Daarop kan je de formule ‘diameter x π x 13’ toepassen. Dat maakt 310 cm².

(2) 7,6 cm x 3,14 x 13 = 310 cm².

Opgeteld bij de eerdere waarde krijgen we dan afgerond en om makkelijk te rekenen 350 cm². Vervolgens moeten we dat oppervlak vermenigvuldigen met de puntbreukweerstand. Die lezen we af van het sondeerverslag. Vergeet niet dat de overheid in het kader van openbare werken voortdurend dergelijke bodemonderzoeken laat uitvoeren en die resultaten ook publiek maakt op de website www.dov.vlaanderen.be. Met wat geluk kan je jezelf een bodemonderzoek besparen. Hoe dan ook, voor dit fictieve voorbeeld vertrekken we van onze thuisbasis. Op een diepte van 2 meter kunnen we daar rekenen op 4 Mpa, omgerekend 40 kg/cm². Uit veiligheidsoverwegingen en met het oog op een stabiele fundering blijven we daar met een factor 3 vandaan. Dat brengt ons tot een nuttig draagvermogen van 4.666 kg.

(3) (350 cm² x 40 kg/cm²) : 3 = 4.666 kg.

Controle volgens Eurocode 7

Voor wie ondanks de berekeningen en de inachtneming van een behoorlijk ruime veiligheidsmarge toch liever het zekere voor het onzekere wil nemen, voorziet Eurocode 7 in een gestandaardiseerd reële belastingproef als finale controle. Die bestaat meestal uit een rijtje van drie schroefpalen waarop een constructie wordt gemonteerd. Terwijl de twee schroefpalen rechts en links als trekpalen fungeren, is de middelste de controlepaal. Er rest je dan alleen nog de druk op te voeren totdat de testpaal definitief begint te zakken. Daarmee weet je precies hoeveel lasten de schroefpalen in een bepaalde bodemsamenstelling maximaal kunnen dragen. En als je je niet misrekend hebt, blijf je daar met de beschreven methode ver onder. Better safe than sorry!