Berekening excentriciteit wapening en overige hulpconstructies in betonconstructies

Gedurende de verhardingsfase van beton moet de constructie ondersteund worden. Het geheel aan bekisting en ondersteuningsconstructie noemt men de hulpconstructie. Aan zo’n hulpconstructie stelt men afhankelijk van het aspect verschillende eisen. Vanuit de betonconstructie gaat het om technische en esthetische eisen; vanuit de uitvoering aan hulpmaterieel om eisen aan bekisting en ondersteuning. Eisen houden dan verband met efficiency, controleerbaarheid, veiligheid en het tijdelijke karakter van de belasting.

Het dimensioneren van dergelijke constructies kent een aantal bijzondere invalshoeken, die gevolgen hebben voor de wijze waarop een hulpconstructie moet worden berekend. Om tot de juiste berekeningsmethodiek te komen moeten we de belangrijkste verschillen tussen hulpconstructies en definitieve constructies kennen. Toegangelijkheid van de montage- c.q. Naast bekistings- en ondersteuningsconstructies worden ook bouwkuipen met eventuele stempelramen tot de hulpconstructies gerekend. Bij het berekenen van hulpconstructies moeten we uitgaan van de functie van deze ondersteunende constructie en het directe verband met de vormgeving van het betonwerk dat moet worden gerealiseerd.

Functie, uitvoering en risico’s

Doordat een eenvoudige vormgeving van betonwerk leidt tot een eenvoudige hulpconstructie, zal tijdens het ontwerp en de detaillering van hulpwerken altijd de wens bestaan de betonconstructie te willen vereenvoudigen. Een hulpconstructie is bedoeld om de te vervaardigen betonconstructie de vereiste vorm binnen de gestelde vorm- en maattoleranties te geven en het betonoppervlak het gewenste uiterlijk te verlenen. In dit hoofdstuk wordt op verschillende plaatsen de rol van de verschillende betrokkenen aangegeven. De diversiteit van belangen en de gevolgen die sommige beslissingen met zich brengen, vereist een planmatig omgaan met risico’s. Bevindingen uit de risicoanalyse zoals in paragraaf 3.1.5 is aangegeven, moet de constructeur van hulpconstructies in zijn aanpak en informatie-uitwisseling opnemen.

Hoewel de berekeningen in veel gevallen niet bijzonder complex zijn, is het van groot belang de goede belastingssituatie, het krachtenspel in het te beoordelen constructiedeel en de invloed op gerealiseerde constructiedelen, juist te benaderen. De risico’s betreffen de constructieve uitgangspunten, uitvoeringstechnische (o.a. faseringen) en logistieke uitgangspunten, de juiste berekeningsmethodiek, een uitvoeringsmethode die in overeenstemming met de berekening is en toepassing van materialen die uit berekening en tekening volgen. Veel fouten met bijbehorende faalkosten ontstaan door onvoldoende afstemming.

Belastingen en rekenwaarden

De belastingen die op een hulpconstructie werken, volgen uit NEN-EN 1990 art. 6.4.1. en 6.4.3.2. STR/GEO groep B. Deze betreffen de uiterste grenstoestand. (Vgl. Hierin is: ψ0 : combinatiefactor voor de karakteristieke waarde van de veranderlijke belasting volgens NEN-EN 1990 art. NEN EN 1991-1-6 specificeert waarden voor de belastingen tijdens de bouwfase. Voor de combinatiefactor ψ0 wordt de waarde 1 aangehouden. Qk;1 betreft de overheersende veranderlijke belasting bij het berekenen van de hulpconstructie door het gewicht van de verse, nog niet verharde betonspecie. Nadat de specie is verhard en het een zelfdragende constructie is, wordt gesproken over het eigen gewicht van de constructie. Vers beton wordt daarentegen volgens art. 4.11 van NEN-EN 1991-1-6 gerekend tot de categorie “veranderlijke belasting”.

Qk;j is een waarde voor de veranderlijke belasting als gevolg van montage-, vloer-, mobiele belasting en belasting door regenwater, sneeuw, (verticale) wind en temperatuur. Het toepasselijke bereik omvat diverse coëfficiënten en toelaatbare waarden die door de norm zijn aangegeven. Bruikbaarheidsgrenstoestand (doorbuiging) wordt getoetst volgens NEN-EN 1990 art. 6.5.2; bij het toetsen van de doorbuiging wordt alleen de belasting door de betonspecie in rekening gebracht. Ook de veranderlijke belasting Qk;j wordt buiten beschouwing gelaten. Materiaalfactoren voor het berekenen van de rekenwaarde van de materiaalsterkte volgen de bepalingen uit de NEN-EN-normbladen: Xd (rekenwaarde), Xk (karakteristieke waarde), γm (materiaalfactor) en η (omrekeningsfactor).

Belastingsfactoren komen voort uit normen en richtlijnen; vaak wordt gewerkt met “toelaatbare belastingen” zoals safe working load (EN-13377). In de loop der tijd hebben opdrachtgevers eigen richtlijnen opgesteld, die de aannemer en constructeur in acht moeten nemen. Een goede informatie-uitwisseling tussen de werkvoorbereider/coördinator, de constructeur van hulpconstructies, de tekenaar en de betrokkenen is cruciaal om afwijkingen te voorkomen.

Hydrostatica en betonspeciedruk

Haarhydrostatische druk op bekisting wordt beïnvloed door de stort- en verdichtingsomstandigheden. Voor horizontale betonspeciedrukken geldt een beperkte grafische benadering die in de praktijk met correctiefactoren wordt toegepast. Voor kolombekistingen kan de druk onder de grens blijven; Pmax rond 36 kN/m2 geeft een praktische richtwaarde. Bij zelfverdichtende betonspeciemengsels met hoge vloeimaat (SF2 en hoger) is de hydrostatische druk vooral relevant. De druk kan omhoog werken tegen bekistingsvlakken; P0 = ρ beton is hier een basisvoorwaarde.

Bij verticale bekistingsconstructies kan betonspeciedruk ook omhoog werken als het vlak lager ligt dan het vrije betonoppervlak. Voor holle kokers en uitsparingen moeten verankeringen tegen opdrijving worden toegepast. De hoogte van de wanden en de hoek waaronder de bekisting staat, bepalen mede de druk en de risico’s op verlies van stabiliteit.

Excentrische wapening en berekeningsmethodiek

Bij het dimensioneren van hulpconstructies is het essentieel rekening te houden met excentriciteiten en scheefstanden in de verdelingen van krachten. De exacte positionering van wapening ten opzichte van steunpunten beïnvloedt de kritische momenten en doorsnede-gewijs gedrag. De berekening van excentriciteit kan bestaan uit het combineren van laadgevallen met de relevante randvoorwaarden van de bouwfase en de uiteindelijke toestand.

Veiligheid, kwaliteit en milieu

Hulpconstructies die bezwijken leiden vaak tot menselijke schade, economische verliezen en vertragingen. Een V&G-plan is onmisbaar om calamiteiten te voorkomen en draagt bij aan een veilige werkomgeving op de bouwplaats. Kwaliteit, arbeidsomstandigheden en milieu hangen nauw samen; een goede koppeling tussen kwaliteitsnormen en arbeidsomstandigheden zorgt voor beheersbare en controleerbare uitvoeringsprocessen. Milieumaatregelen en een zorgvuldige informatie-uitwisseling verminderen kans op afwijkingen en onvoorziene situaties.

Specifieke aandachtspunten bij ontwerpen en berekeningen

Belangrijke aandachtspunten zijn onder andere niet-centrisch belasten van constructieonderdelen, de volgorde van ontkisten, en communicatie tussen de hulpconstructieontwerper en hoofdconstructeur. De belastingen op hulpconstructies volgen uit NEN-EN 1990 en aanvullende documenten; de combinatie van combinaties, variabele belastingen en de fasering van de bouwfase vereist zorgvuldige afstemming. Voor de stortsnelheid en de specifieke omstandigheden gelden aanvullende regels en aanvullende numerieke richtlijnen die toegepast kunnen worden bij het berekenen van de krachten op bekistingen.

Wanneer wordt gekeken naar de excentrische belastingen veroorzaakt door de bekisting en storten, is het relevant om de richtlijnen en tabellen van EN-normen zoals EN 1992-1-1 te raadplegen voor de berekening van de wapening, de te gebruiken toeslagmaterialen en de dekking ten opzichte van corrosie. Voor de inleidende rekenregels en de combinatie van krachten geldt een systematische aanpak waarbij de veiligheidsgraad (CC-klasse) bepaald wordt en de partiële belastingfactoren worden vermenigvuldigd met KFI-factoren afhankelijk van de gevolgklasse.

Bijlagen en aanvullende overwegingen

• Veranderlijke verticale belastingen: rekening houden met schokken en trillingen door het storten van betonspecie, Qj,kar = 1,50 kN/m2.
• Horizontale betonspeciedruk: Pmax en P0-waarden afhankelijk van toepassing en type bekisting; voor kolombekistingen kan de druk lager zijn dan de grafiek uit de handleiding.
• Bescherming tegen corrosie: cmin-dekking verhogen bij risicovolle onderdelen en specifieke omgevingsklassen; monitoring en eventuele nabewerking kunnen Δcdev reduceren tot 5 mm onder bepaalde voorwaarden.
• Voorspanning en verankeringsregels: regels voor voorspankabels, ankers en verrekeningen met de draagkracht van de brug of betonnen elementen; compatibiliteit met NPR 2053 en BRL-normen.

Voor praktische toepassingen kan men aanvullend tabellen integreren met de relatie tussen vloeroppervlakte, benodigde wapeningsmatten, steunliggers en afstandhouders. Daarnaast zijn er concrete calculatietools beschikbaar om het benodigde aantal matten en afstandhouders te bepalen, gebaseerd op vloeroppervlakte en maaswijdte.

tags: #bereken #de #excentriciteit #wapening