Een paalmatras met staal-wapening werkt anders dan een paalmatras met geokunststof-wapening. Staal heeft immers een buigstijfheid en een veel grotere axiale stijfheid dan geokunststof. De modellen voor de boogwerking in de grond die voor geokunststof zijn ontwikkeld, zijn hier niet van toepassing. Daarom wordt voorgesteld om onderzoek te doen naar het gedrag van paalmatrassen met staalwapening. Doel daarbij is om een rekentechniek te ontwikkelen voor het ontwerp van de staalwapening van paalmatrassen, en de rekentechniek beschikbaar maken door middel van een journal paper.
In dit onderzoek wordt ook gekeken naar de invloed van de stijfheid van een paal. In eerder paalmatras onderzoek is hier nog niet naar gekeken. Bovendien wordt er gekeken naar de invloed van het tempo van de consolidatie van de slappe onderlagen.

Het projectvoorstel past bij C3 – Waterrobuust en klimaatbestendig stedelijk gebied.
1. Efficiënt gebruik van grondstoffen. Álle onderdelen van een staal-gewapende paalmatras zijn herbruikbaar:
o Palen kunnen blijven zitten en kunnen opnieuw worden gebruikt (voorbeeld: bij de vervanging van de Sebastiaansbrug van Delft zijn de oude palen hergebruikt in een paalmatras);
o De staalwapening kan geheel worden teruggewonnen en gerecycled;
o De aardebaanvulling (menggranulaat of zand) blijft schoon en is de best herbruikbare bouwstof die bestaat.
2. De paalmatras is zeer ongevoelig voor wateroverlast, overstroming en droogte en is bij uitstek bedoeld voor toepassing in bodemdalingsgebieden. Kort na calamiteiten zoals overstroming is de paalmatras weer bruikbaar voor hulpdiensten. De ondergrond mag wegspoelen, de matras blijft in tact.
3. De staalwapening maakt een paalmatras bij uitstek geschikt voor hoge aardebanen, die droog blijven bij een overstroming. De hoge stijfheid van het staal beperkt de vervormingen door de spreidkrachten in de hoge aardebaan, en door eventueel wateroverlast.
4. De paalmatras is door zijn ‘zachte’ opbouw, in combinatie met bijvoorbeeld gewapende grond, geschikt voor natuurinclusieve ontwerpen met groen.
5. Binnen dit programma wordt een tool (rekentechniek) ontwikkeld en beschikbaar gemaakt in een publicatie om de staalwapening van een paalmatras te ontwerpen.
6. De staal-gewapende paalmatras levert zeer robuuste infrastructuur, die ongevoelig is voor slappe grond of bodemdaling.
7. Nederland is al koploper in de kennis van, en het toepassen van paalmatrassen met geokunststoffen. Met dit onderzoek breidt Nederland de kennis uit naar staal-gewapende paalmatrassen, en komt er een rekenmodel beschikbaar om de staalwapening te ontwerpen. Hiermee wordt het mogelijk om deze staal-gewapende paalmatrassen toe te gaan passen in onderandere Nederland. Bovendien kan Nederland deze kennis exporteren.

Het projectvoorstel past ook bij F1 – Verduurzamen en kostenbeheersing uitvoeringsprojecten waterbeheer.
8. Circulair gebruik van grondstoffen (sediment, bouwmaterialen) en bijbehorende verdienmodellen; Het doel van de Rijksoverheid is : in 2050 volledig circulair. Staal-gewapende paalmatrassen passen daar goed bij, want álle onderdelen van een staal-gewapende paalmatras zijn herbruikbaar, zoals beschreven in punt 1 hierboven.
9. Door de hoge stijfheid van de stalen wapening kunnen de betonnen paaldeksels worden weggelaten, zodat een financieel aantrekkelijk ontwerp kan worden gemaakt. Er wordt dan bespaard op het primaire bouwmateriaal beton.

Activiteit - Type activiteit - Rol partijen

A. Ontwerpen onderzoeks-programma en ontwerp proefopstellingen
Industrieel
Nauwe samenwerking tussen alle partijen.

B. Ontwerpen en ontwikkelen toepassing van innovatieve DFOS technologie en deze toepassen in paalmatrassen om op innovatieve wijze 3D vervormingen en rekken in een grondpakket te kunnen meten.
Industrieel
SHM Systems ontwikkelt dit voor deze proeven, in samenwerking met Deltares, TU Darmstadt en Keller.

C. Vier of vijf schaalproeven in het Deltares laboratorium (ihkv GEOLAB).
Industrieel
PhD-er van TU Darmstadt voert samen met technische staf van Deltares, en Britt Wittekoek de proeven in de Modelhal van Deltares uit.
SHM Systems installeert daarbij innovatieve meetsystemen om vervormingen en rekken te meten.
Keller en Keller Funderingstechnieken leveren materialen en Keller financiert materiaal, en financiert uitbreidingen aan een bestaande proefopstelling.
Wetenschappelijke ondersteuning vanuit:
- Keller Polska met project-ervaring (oa Prof Michał Topolnicky), Keller Holding (Paul Pandrea) en Keller Funderingstechnieken (Richard Looij)
- Expertise op het gebied van geokunstof-gewapende paalmatrassen en experimenten daarmee (Deltares).

D. Verwerken en analyseren resultaten experimenten bij Deltares
Industrieel
Deltares maakt samen met TU Darmstadt en SHM een factual report. Analyse: Deltares in samenwerking met TU Darmstadt en Keller.

E. Eén bijna-full scale proef in de universiteit van Darmstadt, Duitsland (ihkv GEOLAB).
Industrieel
Deze proeven worden uitgevoerd door een team van Deltares (Britt Wittekoek), SHM Systems en TU Darmstadt. Keller levert en betaalt materiaal en ontwikkeling proefopstelling en Keller Fondations Spéciales doet ontwerp-berekeningen.

F. Verwerken en analyseren resultaten experimenten bij TU Darmstadt
Industrieel
TU Darmstadt maakt met TU Darmstadt en SHM een factual report. Analyse: TU Darmstadt in samenwerking met Deltares en Keller.

G. Samenvoegen resultaten proeven in Deltares en TU Darmstadt inclusief analyse schaaleffecten in geschaalde en bijna-full scale proeven. 3D FEM simulaties uit van de kleine-schaalproeven en de bijna-full scale proeven.
Ontwikkelen rekenmodel voor paalmatrassen met staalwapening.
Industrieel
TU Darmstadt voert een PhD studie uit op basis van de proeven in beide laboratoria. Deltares en Keller voeren delen uit en blijven nauw betrokken. Keller Fondations Spéciales en TU Darmstadt voeren 3D FEM simulaties uit.
Lead ontwikkelen ontwerpmodel ligt bij Suzanne van Eekelen (Deltares) en Michał Topolnicky (Keller). TU Darmstadt voert veel uit (PhD studie).

H. Alle partners schrijven samen twee proceeding papers en één journal paper, de Nederlandse partners schrijven één Nederlands-talige paper.
Industrieel
Proceedingpaper Deltares proeven: lead ligt bij Deltares.
Proceedingpaper TU Darmstadtproeven: lead ligt bij TU Darmstadt.
Journal paper: gezamenlijk.
Nederlands-talige paper: lead ligt bij Deltares.

Er is de laatste dertig jaar internationaal veel onderzoek gedaan naar met geokunststof-gewapende paalmatrassen. TKI-project DEL096 is daar een voorbeeld van. Daar wordt onder andere nog gekeken naar de invloed van water op de paalmatras (klimaatbestendigheid). Door al dat onderzoek is het inzicht in het gedrag van geokunststof-gewapende paalmatrassen enorm gegroeid. Ze worden dan ook steeds meer gebouwd. Er zijn echter ook wat beperkingen: het is moeilijk om hoge paalmatrassen economisch te kunnen ontwerpen en om de vervormingen en de buigende momenten in de palen in de hand te houden. Het ontmantelen van geokunststof-gewapende paalmatrassen staat nog in kinderschoenen: het risico is dat er plastics achterblijven in de grond.
Een staal-gewapende paalmatras is een nieuwe innovatie die hier oplossingen biedt. Deze wapening kan diverse voordelen opleveren. Zo is hij beter toepasbaar bij hogere aardebanen, omdat de vervormingen beter in de hand zijn te houden. Bovendien is een staalwapening beter ontmantelbaar en de wapening, maar ook de vulling van de matras (zand, granulaat) beter herbruikbaar. Tenslotte is het mogelijk om te besparen op betonnen paaldeksels doordat het staal stijver en sterker is.
De bestaande ontwerpmodellen voor geokunststof zijn echter niet bruikbaar voor staalwapening. Dat komt doordat het staal een buigstijfheid heeft. Er zijn enkele metingen beschikbaar uit een pilot, en deze blijken inderdaad helemaal niet te kloppen met berekeningen met de bestaande ontwerpmodellen.

Partij die verantwoordelijk is - Product - Toepassing en valorisatie

Deltares, SHM Systems, Keller
Proefopstelling Deltares
Uitvoeren van experimenten.

TU Darmstadt, SHM Systems, Keller, Deltares
Proefopstelling TU Darmstadt
Uitvoeren van experimenten.

Deltares
Meetdata Delft
online beschikbaar
De meetresultaten komen na de publicaties, maar uiterlijk 2 jaar na de experimenten, beschikbaar in een algemeen toegankelijke database. Waarschijnlijk wordt daarvoor het platform ‘Designsafe’ gebruikt. Alles wat nodig is om de proeven te interpreteren komt beschikbaar:
- Documentatie test set-up
- Test instrumentatie en metingen (drukken, rekken, etc)
- Beschrijving experimenten procedure en tijdspad
- Model meetdata (soortelijk gewicht van model, etc)

Darmstadt
Meetdata Darmstadt online beschikbaar
De meetresultaten komen na de publicaties, maar uiterlijk 2 jaar na de experimenten, beschikbaar in een algemeen toegankelijke database. Waarschijnlijk wordt daarvoor het platform ‘Designsafe’ gebruikt. Alles wat nodig is om de proeven te interpreteren komt beschikbaar:
- Documentatie test set-up
- Test instrumentatie en metingen (drukken, rekken, etc)
- Beschrijving experimenten procedure en tijdspad
- Model meetdata (soortelijk gewicht van model, etc)

Allen; lead bij Deltares
Proceedingspaper over de proeven bij Deltares, inclusief een presentatie op een internationale conferentie
Paper

Allen; lead bij TU Darmstadt
Proceedingspaper over de proeven bij TU Darmstadt, inclusief een presentatie op een internationale conferentie
Paper

TU Darmstadt
Minimaal één presentatie bij een event in Duitsland.
Presentatie

Deltares
Een Nederlands-talige publicatie over het project
Paper

Deltares
Opnemen in internationale cursus paalmatrassen
Cursus

Allen; lead bij Deltares, TUDa en KP
Een journal paper met daarin de resultaten van de proeven in beide laboratoria, en een beschrijving van het nieuw-ontwikkelde rekenmodel.
Een ontwerpmethodiek. Dit ontwerpmodel wordt op diverse manieren beschikbaar gemaakt:
Beschrijving in een peer-gereviewed internationaal wetenschappelijk journal.
- Het model wordt tevens behandeld in minimaal één proceedings paper en wordt dus ook op een conferentie gepresenteerd.
- Er komt een Nederlands-talig artikel in de Geotechniek, zodat het ontwerpmodel in Nederland speciaal toegankelijk wordt gemaakt.
- Er zullen ook artikelen in Duitsland en Polen worden gepubliceerd.
- We zullen tevens ernaar streven dit rekenmodel op te laten nemen in ontwerprichtlijnen, maar dit zijn commissie-beslissingen waar deze onderzoeksgroep wel invloed op heeft, maar geen garanties over kan geven.

Keller, Deltares
Opnemen in de praktijk
Deltares zal staal-gewapende paalmatrassen opnemen in haar adviespraktijk, Keller zal in Nederland, Duitsland, Frankrijk en Polen staal-gewapende paalmatrassen proberen te tenderen. De publicaties die we produceren zullen daarbij helpen.

Welk ‘product’? - IP bij welke partner(s) - Hoe wordt dit product toegankelijk gemaakt

1. Proefopstelling Deltares - Deltares - Product 3: paper proeven Deltares
2. Proefopstelling TU Darmstadt - TU Darmstadt - Product 4: paper proeven TU Darmstadt
3. Paper en presentatie proeven Deltares - Deltares - In een proceedings van en met een prestatie bij een internationale conferentie
4. Paper proeven TU Darmstadt - TU Darmstadt - In een proceedings van en met een prestatie bij een internationale conferentie
5. NL paper - Deltares - In een Nederlandstalig vakblad zoals Geotechniek of Land+Water of CT Civiele Techniek
6. Journal paper met proefresultaten en rekenmodel - Allen - In een internationaal wetenschappelijk journal.
7. Presentatie Duitsland - TU Darmstadt - Een presentatie
8. Online beschikbaar maken meetdata proeven Delft, proeven Darmstadt - Deltares, Darmstadt - Gemakkelijke toegankelijke meetdata samen met alle benodigde informatie voor interpretatie online beschikbaar, waarschijnlijk op het online portal ‘Designsafe’.
9. Opnemen in internationale cursus paalmatrassen - Deltares - Cursus
10. Informatie over proeven op GEOLAB en TKI websites en LinkedIN - Deltares - Informatie op diverse websites
11. Toepassen in de praktijk - Keller en Deltares - Opnemen in adviespraktijk (Deltares), en in tenders (Keller)

Er zijn geen beperkingen t.a.v. de toegankelijkheid

Nederlandstalige paper in Nederlandstalig vakblad, publicaties op websites in nieuwsberichten, waaronder de TKI website.