Interview met Victor Hopman van Deltares over het testen van meetmethodes van deformaties van in de grond gevormde funderingspalen. Dat gebeurt in een testopstelling bij Deltares in Delft. De testen maken onderdeel uit van Geo-impuls, een onderzoeksprogramma met als doel 50% van de faalkosten te verminderen.

Fotoreportage over het project (Klik op de foto)

1. In de grond gevormde funderingspalen worden standaard allemaal akoestisch met de ‘hamertje tik-methode’ doorgemeten ter controle of de paal aan de eisen voldoet. Het gaat dan vooral om deformaties als breuken en dikkere delen. Waarom test Deltares de meetmethodes?

Jaarlijks worden honderdduizend in de grond gevormde funderingspalen gemaakt. Deze palen worden standaard allemaal akoestisch -‘hamertje tik-methode’- doorgemeten ter controle of de paal aan de eisen voldoet. In ca 5 a 10% van de metingen geeft de huidige meettechniek geen afdoende antwoord. Dan is het niet vast te stellen of er tijdens het maken afwijkingen zijn ontstaan die de paal zwakker maken. Dit zorgt voor vertraging in het bouwproces en brengt extra kosten met zich mee. Om de vertraging en de kosten terug te dringen, zijn er samen met een aantal meetpartijen nieuwe meettechnieken uitgetest. Om het beton onder de grond te ‘bekijken’ zetten we verschillende meettechnieken in die gebruik maken van geluid, warmte of stroom. De nieuwe meettechnieken moeten nauwkeuriger bepalen of de funderingspaal aan alle eisen voldoet. De testen maken onderdeel uit van Geo-impuls, een onderzoeksprogramma met als doel 50% van de faalkosten te verminderen.

2. Om te testen is het nodig om deformaties ‘na te maken’. Hoe zijn de testen opgezet?

Op het terrein van Deltares in Delft hebben we een proefveld aangelegd met in de grond gevormde funderingspalen met een afwijking. Het maken van de defecten is vooraf uitgebreid vastgelegd (ingemeten, gefotografeerd). In deze opstelling kunnen we we nieuwe meettechnieken testen. Ook kunnen we palen trekken of deels ontgraven om zo te achterhalen of het defect er in de grond werkelijk uitziet als verwacht  (type, grootte, vorm en diepte).

Het namaken van de defecten was een hele studie op zich. Omdat het op voorhand niet vaststaat of een defect gemaakt wordt zoals bedoeld, zijn alle type defecten in meer dan één paal aangebracht.

Een insnoering wordt gemaakt door een rubber band (die aan de wapening mee de grond is in gegaan) direct na het storten vol te pompen met bentoniet.

De uitstulping wordt gemaakt door (na storten van de paal) op de gewenste diepte rondom (door 3 buisjes) onder hoge druk grout te injecteren.

Ter plaatse van de beoogde breuk zijn een aantal wapeningsstaven doorgezaagd. Tijdens plaatsing van de wapeningskorf zorgt een staalkabel tijdelijk voor de vervanging van het ontbrekende stuk wapening. Na plaatsing van de wapening en voor het storten van het beton zijn de staalkabels losgemaakt. Na uitharding is in de geprepareerde palen een scheur gemaakt door voorzichtig tegen de paal aan te rijden.

3. Welke marktpartijen nemen aan de testen deel? Wat is hun rol?

De defecte palen zijn gemaakt, geplaatst en getrokken door Gebr van t Hek.

De meetpartijen die de palen doorgemeten hebben zijn, naast Deltares: Brem, Hektec, Fugro en Texplor. Andere partijen kunnen ook in de toekomst gebruik blijven maken van het proefveld dat een permanent karakter heeft. Zo heeft Profound in een vroeg stadium hun nieuwe apparatuur op het palenveld getest en is er belangstelling vanuit het buitenland.

4. Er zijn verschillende meettechnieken die gebruik maken van geluid, warmte of stroom. Wat zijn de verschillen tussen deze technieken?

De verschillende meettechnieken op een rijtje:

Pile integrity test (PIT, Hamertje tik)

Bij de standaard akoestische integriteitstest wordt een klap op de paalkop gegeven. De reflecties van de trillingen aan de paalpunt en aan defecten van de paal worden gemeten met een trillingsopnemer die ook op de paalkop is aangebracht.

Deep acoustic check (DAC)

Als aanvulling op de bestaande hamertje tik methode is in elke paal halverwege de wapening een (goedkope) akoestische sensor aan de wapening bevestigd. Hiermee worden trillingen van akoestische metingen geregistreerd. Deze metingen zijn uitgevoerd na uitharding van het beton.

Single-hole sonic logging (SHSL)

Vanuit de in de palen aangebrachte pvc buizen wordt de paal akoestisch doorgemeten. De bron en ontvanger zijn op een vaste afstand aan elkaar gekoppeld. Onder permanente uitzending van trilling pulsen wordt het hele systeem van zender en ontvanger naar beneden gelaten in de paal. De signalen planten zich voort in de paal en reflecteren aan de wand (en eventuele andere grote afwijkingen). Daar waar een verandering in de paal is, zal het signaal ook anders (later/eerder en vervormd) bij de ontvanger aankomen.

Cross-hole metingen (CHSL)

Vier van de twintig palen zijn met drie in plaats van een pvc buis geïnstalleerd. In deze palen is de cross-hole meting uitgevoerd. Daarbij laat je een geluidsbron en een ontvanger zakken in twee ingegoten holle pvc pijpen en meet je het signaal ‘cross-hole’. Voor deze metingen wordt dezelfde apparatuur als bij de single-hole methode ingezet. Het verschil is dus dat de bron en ontvanger in verschillende buizen zitten en zo de paal kunnen ‘doorlichten’.

SeismicTube (ST)

Voor dit onderzoek is één apparaat speciaal door Deltares ontwikkeld: de Seismic Tube. Dit is een buisvormig instrument dat neergelaten wordt in een in de paal ingegoten pvc buis. Het instrument heeft twee bronnen en acht ontvangers. De acht ontvangers meten gelijktijdig, zodat er een beeld van de ruimtelijke patronen kan ontstaan. Door de meting met de Seismic Tube op verschillende hoogtes uit te voeren, wordt een meting verkregen die vergelijkbaar is met de SHSL. Door de aanwezigheid van acht opnemers (in plaats van één) is het mogelijk seismische interpretatie technieken toe te passen. Met de partijen die meegewerkt hebben aan dit onderzoek wordt gewerkt aan een vervolgonderzoeksplan waar de Seismic Tube tot een praktisch bruikbaar instrument wordt doorontwikkeld.

Temperatuur metingen

Tijdens het uitharden van het beton kan het temperatuurverloop gemeten worden. Een uitstulping of insnoering veroorzaakt een afwijking in het temperatuurverloop doordat meer of minder hydratatiewarmte vrijkomt. Dit is onder meer uitgevoerd met glasvezel en de techniek Distributed Optical Temperature Sensing. In een aantal palen is een glasvezelkabel direct aan de wapening vastgemaakt. Een glasvezel meet over de gehele lengte van de kabel het temperatuurverloop tijdens het uitharden. Een gebroken paal kan met dezelfde apparatuur worden vastgesteld. Niet uit het temperatuurverloop maar omdat door de scheur de glasfiber simpelweg ook zal breken.

In een aantal palen zijn ook losse temperatuur sensoren geplaatst die op specifieke plaatsen het temperatuurverloop tijdens het uitharden meten.

Parallel seismiek (PS)

De parallelle seismische methode is een bestaande non-destructieve techniek om paallengten te meten. Bij dit onderzoek is de methode ingezet om defecten in de palen op te sporen. Vlak naast de paal wordt er een conus met trilling opnemers weggedrukt. Met een hamerklap op de kop van de paal wordt vervolgens een trilling gegenereerd die zich door de paal voortplant. De trillingen gaan vanuit de paal ook de omliggende grond in waarbij de voortplantingssnelheid in de paal veel hoger is dan in de grond. Indien zich ergens een insnoering of uitstulping bevindt, zal het signaal later of eerder aankomen bij de conus. Ook zit er mogelijk informatie in de vorm en/of amplitude van het signaal die op vorm(verandering) van de paal kan duiden.

Geo-elektrisch

Er zijn ook metingen uitgevoerd die tot doel hadden blootliggende wapening (wapening zonder of geringe betondekking) te detecteren. Hiertoe is een elektrische methode toegepast. Aan de paalkop wordt een elektrische stroom op de wapening gezet die, indien er geen betondekking is, een stroom veroorzaakt in de grond. Deze stroom kan dan met een sensor aan het maaiveld gemeten worden. Door de sensor in een peilbuis te plaatsen, kan ook de diepte van de blootliggende wapening bepaald worden.

Deze meting is uitgevoerd in januari 2015 en dus niet gelijktijdig met de andere metingen uitgevoerd. De analyse van deze metingen kon derhalve niet meegenomen worden in de selectieprocedure  voor de te trekken en ontgraven palen.

5. Hoe kunnen deze testen faalkosten helpen voorkomen?

Het onderzoek naar de kwaliteit van in de grond gevormde palen moet uiteindelijk een praktisch bruikbaar antwoord geven op de vraag welke techniek(en) ingezet kunnen worden in welke situatie. Hierbij is het een eerste vereiste dat bekend is wat de betrouwbaarheid van een techniek in het veld is. Een betrouwbare meetmethode zal er toe leiden dat de onzekerheid zal verminderen en er dus minder discussie ontstaat over de kwaliteit van de in de grond gevormde paal. Ook zal het leiden tot minder onnodig geplaatste extra palen. Op langere termijn is de winst veel groter: een betrouwbare meetmethode zal leiden tot een ‘natuurlijke’ selectie van de meest betrouwbare installatietechnieken. Hierdoor wordt de kostbare verspilling door extra palen sterk verminderd. Dit is een heel directe bijdrage aan de GeoImpuls-doelstelling: de faalkosten halveren.

6. Wanneer verwacht u de testresultaten en wat gaat u er mee doen?

Medio 2015 zullen alle testresultaten beschikbaar zijn. Hamertje tik blijft een goedkope methode die inzetbaar blijft als eerste testmethode. De glasvezelkabel is door zijn eenvoud standaard in te zetten voor defect-detectie inclusief scheuren. De veelbelovende Seismic tube zal verder ontwikkeld worden als aanvulling op de standaard hamertje tik methode. De goedkope verloren sensor van de diep acoustic check kan ingebouwd worden als de data analyse beter begrepen is.

Zoals gezegd, op langere termijn zal een betrouwbare meetmethode leiden tot een ‘natuurlijke’ selectie van de meest betrouwbare installatietechnieken. Als het zover is, is er geen noodzaak meer voor instrumentatie vooraf. Mocht er dan onverhoopt toch discussie ontstaan over de uitkomst van hamertje tik, dan kan altijd nog de parallelle seismiek ingezet worden: die heeft immers geen voorzieningen vooraf nodig.