Weerstand van trekpalen tegen horizontale deformaties : basis voor Quick Scan van de risico's

De funderingen van diepe constructies (bijvoorbeeld onderdoorgangen en toeritten van tunnels), blijken minder betrouwbaar dan verwacht. Deze constructies zijn gefundeerd op trekpalen, die zijn ontworpen om opwaartse krachten door grondwaterdruk te weerstaan. In de Vlaketunnel (2010) en de Prinses Margriettunnel (2022) traden verticale verplaatsingen op in tunnelgedeelten door grondwaterdruk, zodanig dat de tunnels moesten worden afgesloten voor verkeer. In 2024 kon een sluiting van de Van Vollenhoventunnel worden voorkomen dankzij de aanwezigheid van een actief monitoringsysteem. Als beheersmaatregel om verdere opwaartse beweging te voorkomen, werd extra gewicht toegevoegd door het plaatsen van betonblokken. Dit resulteerde in beperkte rijstrookbeschikbaarheid en een snelheidsbeperking voor het verkeer tot 90 km/uur. Het falen van de fundering van de Vollenhoventunnel lijkt te zijn veroorzaakt door een ander mechanisme dan bij de Prinses Margriettunnel en de Vlaketunnel. Analyses van Rijkswaterstaat suggereren dat de veiligheid van de tunnels negatief wordt beïnvloed door het geleidelijk verlengen van de in- en uitritten in de loop der tijd, het zogenaamde oprups-effect. Dit kan leiden tot horizontale krachten in de koppen van de palen. Hierdoor kunnen de palen uiteindelijk bezwijken, aangezien zij zijn ontworpen om opwaartse krachten tegen te gaan en er geen rekening is gehouden met het optreden van grote horizontale verplaatsingen. Rijkswaterstaat heeft Deltares gevraagd om in de SITO PS-ruimte onderzoek te starten naar het risico van falen van alle diepe constructies onder opwaartse krachten, in samenwerking met specialisten op het gebied van constructieve veiligheid van Rijkswaterstaat. Voor de risicoanalyse zijn als input nodig: de eigenschappen van de tunnels, de belasting door het oprups-effect en de sterkte en stijfheid van de palen. In deze eerste fase worden de volgende activiteiten uitgevoerd: - De belasting op de palen door het oprupseffect (een horizontale paalkopverplaatsing) wordt geëvalueerd op basis van bestaande metingen. - De gevolgen voor de palen van de horizontale paalkopverplaatsing wordt uit berekeningen afgeleid. - Deze twee informatiebronnen worden samen met de eigenschappen van de tunnels gecombineerd in de risicoanalyse om een relatieve risicoschatting te maken. - Dit werk moet de basis vormen voor een plan van aanpak voor Rijkswaterstaat om het risico van het rups-effect efficiënt te beheersen. Dit voorliggende rapport beschrijft de resultaten van berekeningen naar de invloed van de paalkopverplaatsing op de trekcapaciteit van de palen, punt nummer 2. Dit rapport analyseert het gedrag van vier typen palen onder geforceerde horizontale verplaatsing: prefab palen, vibropalen, Gewi-palen en vibrocombipalen. De palen zijn geselecteerd op basis van hun toepassing in Nederlandse constructies. De eigenschappen zijn aangeleverd door RWS, waarbij rekening is gehouden met details van de constructie en de bouwmethode. Twee theoretische bodemscenario’s zijn beschouwd: een volledig zandprofiel en een profiel met een kleilaag van 5 m op zand. Voor de Gewi-palen, prefab palen en vibroccombipalen worden twee uitvoeringsmethoden van de vloer onderscheiden: een betonvloer gestort in op een werkvloer of een betonvloer op een onderwaterbetonvloer. Voor een betonvloer zonder onderwaterbeton zijn twee extreme paalontwerpen beschouwd, afhankelijk van het niveau waarop de palen na installatie zijn gesneld. Het gedrag van de palen is gesimuleerd in het programma D-Sheet Piling en de resultaten zijn geanalyseerd. Het gedrag van de paal hangt sterk af van de bodemkenmerken, de paaleigenschappen en de aanwezigheid van een onderwaterbetonvloer. De resultaten van de berekeningen tonen aan dat funderingen op vibropalen en Gewi-palen het meest kwetsbaar zijn voor horizontale paalkopbelastingen. De weerstand tegen horizontale krachten is het gunstigst voor prefab en vibrocombipalen. De resultaten geven aan dat een nauwkeurigere modellering dan in deze quick-scan is uitgevoerd noodzakelijk is om betrouwbaardere uitspraken te doen.