paalmatras, palenmatras

Een paalmatras is een combinatie van paalfundering en gewapende overdrachtslaag. Doel van paalmatrassen is een zettingsvrije of zettingsarme ondergrond te scheppen. Het paalmatrassysteem kan bijvoorbeeld worden toegepast bij de wegenbouw of spoorwegenbouw om blijvend vlakke wegen te scheppen. 

"Een paalmatrassysteem, granulaatmatras op palen (GMOP), granulaatmatras op slanke palen (GSP) dan wel Load Transfer Platform (LTP), bestaat uit een veld van (meestal slanke) palen, met daarop een aardebaan." (CRUX Engineering)

"In de gww-sector is een aantal technieken ontwikkeld voor een snelle aanleg van bv. terreinophogingen en aardebanen, waarbij met behulp van palen of kolommen het merendeel van de belasting op de draagkrachtige ondergrond wordt overgedragen. Deze constructies vertonen na ingebruikname weinig of geen restzetting. De krachtsoverdracht op de palen/kolommen geschiedt door middel van boogwerking. Bij een aardebaan is de boogwerking van nature meestal onvoldoende zodat onderin een overdrachtslaag met geokunststof wapening (geogrid) nodig is. Deze wapening ondersteunt tevens de grondmassa beneden de boog. Soms zijn enkele wapeningslagen boven elkaar aanwezig (granulaatmatras). In deze overdrachtslaag wordt meestal grofkorrelig ophoogmateriaal gebruikt, bv. menggranulaat."
De afstand tussen de palen is afhankelijk van de belasting: bij hogere bovenbelasting is de afstand tussen de palen kleiner.

"Een paalmatrassysteem kan op twee manieren worden ontworpen:
- Het zettingsvrije systeem: een systeem met vrijwel geen zetting, omdat de palen in staat zijn de volledige belasting (verkeersbelasting, eigen gewicht wegverharding, wegfundering en ophoging inclusief matras) en de negatieve kleef te dragen. Door zakking van de grond kan een spleet ontstaan onder de matras. Soms wordt ervoor gekozen de spleet vooraf aan te brengen om de deformatie van het geogrid al tijdens de aanleg te laten ontstaan. Als de palen op een tussenzandlaag staan, die nog aan zetting onderhevig is, wordt de constructie toch opgevat als zettingsvrij systeem.
- Het zettingreducerend systeem: een systeem waarbij de palen slechts een deel van de totale belasting dragen. De grond zal de matras altijd ondersteunen en er ontstaat derhalve geen spleet onder de matras. De paalkop zakt vrijwel evenveel als de grond onder de matras (klein zakkingsverschil mogelijk door doorzakking van de geokunststof wapening). De palen beperken de belasting op het slappe lagenpakket en reduceren daardoor de zetting. Hierbij wordt een grotere deformatie van de paalfundering geaccepteerd dan conform de normen behorend bij het Bouwbesluit." (SBRCURnet)

principe paalmatras; klik voor groter (deltares):

methode bouw paalpatras; klik voor groter (cofra):

Voordelen van de paalmatras:
- de weg op een paalmatras is een duurzame constructie: de weg is immers zettingsarm of zettingsvrij, afhankelijk van de paalmatrasmethode  
- de weg is sneller aan te leggen omdat niet gewacht hoeft te worden tot de weg voldoende gezakt is (de grond voldoende is ingeklonken); dit kan vele maanden tot jaren winst opleveren
- een weg op een paalmatras is zo goed als onderhoudsvrij omdat de weg op een stabiele ondergrond ligt (een onderhoudscontract of het mainten-deel bij een dbfm-vorm moet, op termijn, beter in te schatten te zijn maar het onderhoud zal in ieder geval aanzienlijk minder frequent nodig zijn)
- door het sneller aanleggen en het minder frequente onderhoud zijn minder files te verwachten
- geen omgevingsbeïnvloeding: de weg beïnvloedt de omgeving niet omdat de weg een stabiele constructie is 
- wanneer in gebieden met slappe grond de omgeving niet mag worden beïnvloed door de aanleg van de weg, is een paalmatras een probate oplossing
- paalmatrassystemen zijn inmiddels op ruime schaal toegepast (situatie 2010); door CRUX Engineering  zijn een tiental ontwerpen gemaakt, waarvan de grootste gerealiseerde onder rijksweg A2 die bij Culemborg-Deil

Nadelen van de paalmatras:
- bouwen op paalmatrassen is duurder dan op de traditionele manier (maar is sneller gerealiseerd en geeft in ieder geval geen onderhoud dat gerelateerd is aan de ondergrond, dus wat betekent "duurder" in dit geval)
- nieuwe kunstwerken waarbij onder de weg door wordt gegaan zijn minder gemakkelijk te realiseren: "ontgraven naast of onder een paalmatrassysteem is gecompliceerd maar kan worden ondervangen door voorzieningen vooraf op te nemen"; overigens zijn nieuwe kunstwerken onder een "normale" weg ook geen sinecure. 

aanbrengen granulaatmatras op geogrid op voton hsp:

Opmerkingen mbt. paalmatrassen:
- lege ruimten die zouden kunnen ontstaan door inklinken van de grond onder de weg, kan in het ontwerp in voldoende mate worden ondervangen
- "een paalmatrassysteem is op basis van de toegepaste componenten is zeker niet de goedkoopste oplossing in vergelijking met bv. verticale drainage, EPS, geforceerde consolidatie e.d..; door de aanzienlijke tijdswinst die kan worden geboekt is het echter bij een snel te realiseren oplossing vaak wel de meest economische oplossing" 
- er zou een risico kunnen zijn dat op plaatsen waar de nieuwe weg en de oude elkaar kruisen als het ware drempels ontstaan, maar dit geldt alleen wanneer de oude weg nog aan zetting onderhevig is (bij oudere rijkswegen en provinciale wegen is dit per definitie niet het geval).

Documentatie
- Bouwen met kennis: snel een nieuwe weg met minder hinder (Deltares en SBRCURnet)
- Artikel in Cobouw over paalmatrassen van Suzanne van Eekelen (Deltares)
- Voorbeeld aanleg paalmatras van Voorbij Funderingstechniek (Voorbij Funderingstechniek)
- Brochure Hoge Snelheids Paal (Voton HSP)

- Brochure Augeo-systeem (Cofra)

het proces van de paalmatras; klik voor groter (crux): 1 aanbrengen werkvloer (zand of steenkorrelmateriaal) 2 aanbrengen slanke, in de grond gevormde grondverdringende palen (IGGP) 3 aanbrengen wapening 4 aanbrengen vergrote paalkop 5 opbouw matras, bestaande uit geogrids en steenkorrelmateriaal 6 aanbrengen ophoging, in stappen 7 aanbrengen eindconstructie (weg- of spoorfunctie) 8 bovenbelasting

augeo slanke paal (cofra):

krachtopnemer (deltares):

opkoppen voton hsp-paal:

Met dank aan o.m. CRUX Engineering (prof. dr. ir. ing. Almer van der Stoel), Cofra (Augeo-paalsysteem), Voorbij Funderingstechniek (ing. André de Lange); Voton HSP (Hoge Snelheids Paal), Deltares (Suzanne van Eekelen), SBRCURnet, Cobouw.

Zie granulaatmatras als onderdeel van een paalmatras.
Verg. geotechniek.

Eng. piled embankment