Frankipalen

Geen standaard prefab paal die met veel lawaai de grond in gaat. De Frankipaal is een klassieker in de funderingstechniek, geliefd om zijn enorme draagkracht en de karakteristieke verbrede voet die onderin de draagkrachtige zandlaag wordt gestampt. Men zet een stalen mantelbuis op de plek, afgesloten door een stop van grind of beton. Die stop krijgt klappen van een zwaar valblok. De buis zakt mee. Geen grondafvoer, maar pure verdringing. Juist die verdringing zorgt voor een extra compacte zone rondom de paal, wat het uiteindelijke zettingsgedrag aanzienlijk verbetert. Het is een proces van brute kracht binnen een gecontroleerde stalen huls.

De realisatie vangt aan met het positioneren van een zwaarwandige stalen mantelbuis boven het paalpunt. Onderin deze buis wordt een stop van grind of aardvochtig beton aangebracht. Een inwendig valblok oefent vervolgens herhaaldelijk brute kracht uit op deze stop. De buis zakt. Door de wrijving tussen de prop en de buiswand wordt de mantel de grond in getrokken zonder dat er grond naar de oppervlakte komt. De bodem wordt zijdelings weggedrukt. Verdichting treedt op.

Op de vereiste diepte aangekomen, wordt de buis gefixeerd aan de heistelling. Men voegt extra beton toe aan de binnenzijde van de koker. Het valblok slaat dit beton onder de onderrand van de mantel uit. Zo ontstaat de karakteristieke verbrede voet. Een gepofte basis. Deze voet vergroot het contactoppervlak met de draagkrachtige zandlaag aanzienlijk, wat resulteert in een hoge puntweerstand.

Na de vorming van de voet volgt de installatie van de wapeningskorf over de gehele lengte of een deel daarvan. Het storten van de schacht begint. Terwijl de mantelbuis stapsgewijs omhoog wordt getrokken, wordt het beton continu aangedrukt of gestampt. Geen inkalving mogelijk. De wanden van het gat blijven stabiel door de aanwezige betonspecie en de druk van de mantel. Het resultaat is een in de grond gevormde kolom met een ruwe wand, wat de schachtwrijving ten goede komt. Een robuuste verbinding tussen fundering en ondergrond is het logische gevolg.

De standaard Frankipaal is een tijdelijk verbuisde paal. De stalen mantelbuis wordt na het storten van de schacht weer omhoog getrokken. Efficiënt. Herbruikbaar materiaal. Toch vraagt de bodemgesteldheid soms om een variant met een verloren of blijvende verbuizing. Deze permanente stalen mantel beschermt het verse beton tegen agressief grondwater of extreme horizontale gronddrukken in slappe lagen. Het voorkomt insnoering. In veengebieden met een hoge kans op negatieve kleef is dit vaak de veiligste keuze, ondanks de hogere materiaalkosten.

Soms wijkt de methode van het verdichten af. Men spreekt dan van de gestampte schacht versus de getrilde schacht. Bij de klassieke variant wordt het beton laagsgewijs met het valblok aangestampt terwijl de buis stijgt. Dit geeft een zeer ruw oppervlak. Maximale schachtwrijving. De getrilde variant gebruikt een hoogfrequent trilblok op de kop van de buis tijdens het trekken. Sneller proces. Minder manuele arbeid onderin de buis, maar de interactie met de omringende grond is anders dan bij de brute impact van het stampen.

Verwarring ligt op de loer. De Vibropaal lijkt op de Frankipaal, maar het verschil in energieoverdracht is fundamenteel. De Vibropaal krijgt klappen op de kop van de stalen buis. De Frankipaal niet. Daar valt het blok op een prop onderin. Inwendig heien. Dit resulteert in een wezenlijk ander trillingspatroon in de omgeving. De Frankipaal produceert minder luchtgeluid en de trillingen in de bodem hebben een lagere frequentie. Bovendien heeft een Vibropaal zelden die karakteristieke, breed uitgestampte voet die de Franki zijn enorme puntweerstand geeft. De Franki is een precisie-instrument voor zware lasten op korte afstand van belendingen.

Stel u een bouwlocatie voor in een historische binnenstad. Monumentale gevels staan op slechts enkele meters afstand van de bouwput. De bodem is slap en de fundering van de buren is kwetsbaar. Traditioneel prefab heien zou hier leiden tot scheurvorming of erger. In deze situatie biedt de Frankipaal uitkomst. Door het inwendig heien op de prop onderin de buis blijven de trillingen laagfrequent en lokaal. De omgeving merkt nauwelijks dat er een paal van dertig meter de grond in gaat. De stabiliteit van de belendingen blijft gewaarborgd terwijl de nieuwe constructie op een robuust fundament rust.

Zware puntlasten bij infra

Bij de bouw van een viaduct of een zware graansilo zijn de krachten op de fundering enorm. Een standaard paal heeft vaak niet voldoende oppervlak om deze puntlasten op te vangen zonder diep de grond in te moeten. De Frankipaal lost dit op met zijn gepofte voet. Door beton krachtig onder de buis uit te stampen, wordt een voet gevormd met een aanzienlijk grotere diameter dan de schacht zelf. De paal gedraagt zich als een omgekeerde paddenstoel die stevig in de zandlaag verankerd zit. Een enorme draagkracht op een relatief geringe diepte is het resultaat.

Wisselende grondlagen en negatieve kleef

In gebieden met dikke pakketten veen of jonge klei die nog inklinken, krijgt een fundering te maken met negatieve kleef. De zakkende grond trekt de paal als het ware naar beneden. Hier ziet men vaak de variant met de verloren stalen mantel. De gladde buis blijft in de grond achter. Het beschermt het uithardende beton tegen de agressieve zuren uit het veen en voorkomt dat de schacht wordt ingesnoerd door de zijdelingse druk van de weke lagen. De paal staat onverzettelijk, ongeacht wat de bovenliggende grondlagen doen.

De berekening van het draagvermogen van een Frankipaal vindt zijn grondslag in de Eurocode 7 (NEN-EN 1997), in Nederland nader gespecificeerd in de NEN 9997-1. Deze normering dicteert hoe de sondeergegevens vertaald worden naar rekenwaarden voor de puntweerstand en schachtwrijving. Cruciaal bij de Frankipaal zijn de specifieke paalklassefactoren. Door de methode van inwendig heien en de vorming van de verbrede voet kent dit type paal gunstige factoren in vergelijking met standaard geheide prefab palen. Constructeurs moeten hierbij rekening houden met de invloed van de installatievolgorde op de omliggende grondspanningen. De wetgeving schrijft voor dat de fundering moet voldoen aan de grenstoestanden voor zowel draagkracht (STR) als bruikbaarheid (SLS), waarbij zettingsverschillen binnen strikte marges moeten blijven.

Het Besluit bouwwerken leefomgeving (BBL) stelt eisen aan de veiligheid en de impact op de omgeving tijdens de bouw. Hoewel een Frankipaal als trillingsarm te boek staat, is monitoring vaak verplicht bij werkzaamheden nabij monumentale bebouwing. Hierbij vormt de SBR-richtlijn de leidraad. SBR-richtlijn A richt zich op het voorkomen van schade aan gebouwen, terwijl richtlijn B de hinder voor personen in kaart brengt. De frequentie en amplitude van de trillingen veroorzaakt door het inwendige valblok moeten binnen de grenswaarden blijven die voor de specifieke funderingswijze van de belendingen zijn vastgesteld. Geen loze belofte. Metingen op locatie valideren de theoretische aannames uit het werkplan.

Onder de Wet kwaliteitsborging voor het bouwen (Wkb) verschuift de bewijslast voor een correcte uitvoering nadrukkelijker naar de marktpartijen. Voor de Frankipaal betekent dit een nauwgezette registratie van het heiproces. Elke paal krijgt een eigen paspoort. Hierin staan de hoeveelheid beton in de voet, de valhoogte van het blok en de indringing per slag. De NEN-EN 12699 voor de uitvoering van speciaal geotechnisch werk (verdringingspalen) is hierbij de technisch inhoudelijke norm. Deze norm stelt eisen aan de materialen, de toleranties op de paalpositie en de integriteit van de betonschacht. Afwijkingen moeten direct worden gemeld aan de kwaliteitsborger om de uiteindelijke verklaring van conformiteit niet in gevaar te brengen.

De oorsprong ligt in 1909. De Belgische ingenieur Edgard Frankignoul patenteerde toen in Luik een funderingsmethode die de bouwsector fundamenteel zou veranderen door beton in de grond te stampen in plaats van vooraf gefabriceerde elementen te gebruiken. Luik vormde de bakermat. Hij zocht een antwoord op de beperkingen van houten palen en de destijds nog gebrekkige kwaliteit van vroege prefab betonpalen. De methode bewees zich razendsnel door de enorme draagkracht op relatief beperkte diepte. De 'pieu Franki' werd een begrip.

Van stoom naar automatisering

Tussen de wereldoorlogen beleefde de techniek een wereldwijde expansie. De Société des Pieux Franki opende vestigingen van Zuid-Amerika tot Azië. In de Nederlandse wederopbouwperiode na 1945 nam het gebruik een vlucht. De behoefte aan zware industriële funderingen en de opkomst van hoogbouw op slappe bodem vereisten een paalsysteem dat brute lasten kon dragen zonder enorme lengtes te hoeven bereiken. De installatietechniek veranderde mee. Stoommachines maakten plaats voor zware diesellieren en hydraulische heistellingen. De basis bleef gelijk. Inwendig heien op een prop.

Later verschoof de focus naar nauwkeurige procesbeheersing. Waar de vakman vroeger op het gevoel bepaalde of de voet voldoende was uitgestampt, werd de monitoring gedigitaliseerd. Registratiesystemen voor valenergie en betonverbruik deden hun intrede. Ook de introductie van de variant met blijvende verbuizing was een technische reactie op de vraag naar funderingen in agressieve milieu-omstandigheden en gebieden met extreme negatieve kleef. Wat ooit begon als een mechanische innovatie in een Luikse werkplaats, groeide uit tot een internationaal gestandaardiseerd proces. Een eeuw aan ervaring in de bodem. De techniek overleefde talloze normwijzigingen door zijn intrinsieke robuustheid.

• https://libstore.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/805/251/RUG01-001805251_2012_0001_AC.pdf
• https://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/jpgp/paalfundering_concept-versie_paalfunderingen_en_kenmerken_per_type_protected.xlsx
• https://emis.vito.be/sites/emis/files/study/Eindrapport BBT-studie geluids- en trillingshinder van bouw- en sloopactiviteiten.pdf
• https://www.joostdevree.nl/shtmls/paalfundering_voorbeelden.shtml
• https://www.scribd.com/document/703365302/20170207-ConstruBook-Fundering-in-PPT-FVG
• https://van-nieuwpoort.com/betonmortel/wp-content/uploads/sites/4/2020/08/betonbouwgids_2012.pdf
• https://www.ugentmemorie.be/artikel/ingenieursopleiding
• https://monument.heritage.brussels/nl/buildings/23601