CUR-Aanbeveling 077
Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren

CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 2 Voorzover het maken van kopieën uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16b Auteurswet 1912 in verbind- ing met het Besluit van 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus 882, 1180 AW Amstelveen). Voor het overnemen van gedeelte(n) uit deze uitgave in bloem lezingen, readers en andere compi- latiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dient u zich te richten tot: SBRCURnet, Postbus 1819, 3000 BV Rotterdam. No part of this book may be reproduced in any form by print, photoprint, microfilm, stored in a database or retrieval system, or any other means without written permission from the SBRCURnet. Colofon SBRCURnet-projectmanager Fred Jonker Rapporteur Peter Hagenaars Vormgeving Kasja de Jong, SBRCURnet Foto omslag ABT Rotterdam, april 2014 Artikelnummer: AA77.2014 Met nadruk wordt erop gewezen dat deze CUR-Aanbeveling de stand van de techniek en kennis weergeeft op het moment van uitgifte. SBRCURnet houdt zich dan ook aanbevolen te worden geïnformeerd over ervaringen die met het gebruik van deze Aanbeveling worden opgedaan. CUR-Aanbevelingen worden drie jaar na publicatie geëvalueerd en, indien daartoe aanleiding bestaat, geactualiseerd. Hiervan wordt melding gemaakt in de vakpers. Aansprakelijkheid SBRCURnet en degenen die aan dit product hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze publicatie. Toch kan niet worden uitgesloten dat de inhoud onjuistheden bevat. De gebruiker van dit product aanvaardt daarvoor het risico. SBRCURnet sluit, mede ten behoeve van de auteurs, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van informatie uit dit product. © SBRCURnet Alle rechten voorbehouden. Niets van deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevens - bestand, getransformeerd tot software of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opname of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. 3 Inhoud Voorwoord bij de tweede, herziene uitgave 5 1 Onderwerp en toepassings- gebied 9 1.1 Onderwerp 9 1.2 Toepassingsgebied 9 2 Termen en definities 11 3 Eenheden en symbolen 13 3.1 Eenheden 13 3.2 Symbolen 13 4 Eisen en bepalingsmethoden 17 4.1 Draagvermogen 17 4.2 Spanningsbeperking lange richting 20 5 Algemene bepalingen 23 6 Materiaaleigenschappen 25 7 Schematisering en krachts- verdeling 27 7.1 Uitgangspunten voor schematisering 27 7.2 Gedrag van de onderwaterbetonvloer 29 7.3 Afwijkende situaties 31 7.4 Te onderzoeken krachtsverdelingen 31 8 Dimensionering en toetsing van de vloer 37 8.1 Dimensionering en toetsing voor de lange richting 37 8.2 Dimensionering en toetsing voor de korte richting 37 9 Dimensionering en toetsing van keerwand en trekelementen 41 9.1 Grootte van de axiale belasting 41 9.2 Toetsing 41 10 Dimensionering en toetsing van verbindingen 43 10.1 Verbinding van keerwand met onder- waterbetonvloer 43 10.2 Verbinding van trekelement met onderwaterbetonvloer 45 Titels van vermelde normen en andere documenten 53 Bijlage A Hulpmiddelen ten behoeve van de berekening 55 A1 Stroomschema voor de berekening en toetsing 55 A2 Draagkracht drukbogensysteem bij membraanwerking door indrukking keerwand 57 Bijlage B Geotechnische parameters 61 B1 Inleiding 61 B2 Eenvoudige methode zwelbelasting 61 B3 Axiale veerstijfheid trekelementen 65 B4 Horizontale veerstijfheid keerwand 68 Bijlage C Aandachtspunten voor gebruik plaatmodel 71 Bijlage D Uitvoeringsaspecten in relatie tot het constructieve ontwerp 73 CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 4 5 Voorwoord bij de tweede, herziene uitgave Ten behoeve van het ontwerpen van ongewapende onderwaterbetonvloeren heef\?t de CUR in 2001 CUR-Aanbeveling 77 uitgebracht. Deze voorzag destijds in een grote behoe\?fte, mede doordat de tot dan toe gebruikelijke dimensioneringsregels veel vragen opriepen en zelfs op bepaalde punten\? in strijd met elkaar waren. Sindsdien is CUR-Aanbeveling 77 op grote sch\?aal toegepast. Hierbij is gebleken dat het een waardevol ontwerpinstrument is. Echter, ook is gebleken dat in bepaalde situaties geen goede oplossingen kunnen worden verkregen, met name bij o\?ndiepe bouwputten met slappe trekelementen. In dit geval is de waterdruk (net) te groot om de vloer met\? de "opbollende momenten" ongescheurd te houden, én de stempeldruk te klein om de gescheur\?de vloer te kunnen laten voldoen. Dit probleem is de voornaamste aanleiding geweest voor de\? herziening. Andere belangrijke redenen voor de herziening zijn de uit onderzoek gebleken mogelijk onveilige toetsing van pons bij schotelankers en de invoering van de Eurocode. Naast deze redenen voor de herziening zijn ook diverse andere aspecten onderzocht en indien nodig aangepast. De belangrijkste wijzigingen zijn: ? er wordt aangesloten op de nieuwe Europese regelgeving (de Eurocodes);\? ? geotechnisch: voor de stijfheid van ankerpalen wordt nu verwezen naar CUR-publicatie 236 "Ankerpalen" en de stijfheid van een trekelement is nu gebaseerd op de secant stijfheid; ? in bepaalde gevallen mag rekening worden gehouden met een toename van de stempeldruk door de weerstand van de keerwand tegen indrukking die ontstaat door grote vervorming van de onder\?- waterbetonvloer; ? de belastingfactoren voor zweldruk zijn vergroot; ? de pijl van de drukboog bij het gescheurde bezwijkmechanisme is vergroot\? voor trekelementen anders dan gladde palen; ? bij de oplegreactie van een trekelement wordt nu een minimumwaarde op basis van het effectieve vloeroppervlak gehanteerd; ? bij de hoogteligging van de schotelverankering worden nu de toleranties absoluut opgeteld; ? voor één specifiek doeleinde mag worden uitgegaan van een model \?met een schuivende verbin- ding met een vaste wrijvingskracht (in plaats van een model met een vas\?te verbinding), namelijk voor de berekening of het mogelijk is om verbindingsmiddelen tussen keerwand en onderwaterbe- tonvloer achterwege te laten; ? de verbinding van een trekelement met verdeelde ribbels met de onderwaterbetonvloer wordt nu expliciet op pons getoets; ? reductiefactor op de ponssterkte bij schotelverankeringen; ? er wordt aangegeven op welke wijze de toetsing van de dwarskracht moet worden uitgevoerd; ? toetsing van het trekelement is nu ook opgenomen in de tekst van deze CUR-Aanbeveling; ? er wordt nu expliciete aandacht besteed aan uitvoeringsaspecten die een \?raakvlak hebben met het constructief ontwerp; ? de BGT-toetsen voor de korte richting zijn vervallen. Bij dit laatste punt, dat een substantiële vereenvoudiging betekent, is de onderbouwing dat de UGT- toetsen de bezwijkveiligheid borgen, terwijl de BGT-eisen in de praktijk niet wezenlijk bijdragen aan de waterdichtheid. Bovendien werd al verondersteld dat in langsrichting \?dwarsscheuren kunnen optreden waarvan de scheurwijdte niet bekend was. Een onderwaterbetonvloer die met de CUR-Aan- beveling 77 is berekend, voldoet aan de eisen van de constructieve veiligheid, en is vaak wa\?terdicht, maar niet altijd. Bij de aansluiting op de Eurocodes is er een kalibratie uitgevoerd, zoda\?nig dat de uitkomst niet lichter mag zijn, maar ook niet zwaarder hoeft te zijn. Naast de inhoudelijke wijzigingen zijn de notaties aangepast aan de Eurocodes. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 6Het basismodel voor de onderwaterbetonvloer is een eenvoudig liggermodel\?: een ligger op verende steunpunten, waarbij de eindsteunpunten (keerwanden) vaak aanzienlijk stijver zijn dan de tus- sensteunpunten (palen). Bij de UGT in een gescheurde situatie is het model nog eenvoudiger: een mechanisme op basis van een drukboog. Bij veel bouwkuipen voldoet dit pr\?ima. Voor het geval dat de gebruiker kiest voor het toepassen van een plaatmodel, bijvoorbeeld omdat de co\?nfiguratie van de keerwand en/of trekelementen zich minder goed leent voor een liggerbenadering van de onderw\?ater- betonvloer, worden geen rekenregels gegeven, wel aandachtspunten voor de schematisering. De stabiliteit van een onderwaterbetonvloer wordt voornamelijk bepaald d\?oor de stabiliteit van de verticale trekelementen en hun verbindingen met de onderwaterbetonvloer. Voor de geotechnische aspecten (veerstijfheden, zwelbelasting) zal in het algemeen geotech\?nisch advies nodig zijn. Daarom zijn voor deze parameters in deze Aanbeveling geen rekenregels opgenomen; wel worden indicaties gegeven. Hoewel CUR-Aanbeveling 77 gaat over rekenregels, heeft de commissie ook expliciete aandacht besteed aan uitvoeringsaspecten, en wel die aspecten die een raakvlak he\?bben met het constructieve ontwerp. Ter bevordering van een correct gebruik van deze Aanbeveling is een stroo\?mschema (bijlage A) opgenomen van de berekening, evenals een berekeningsmethodiek voor de membraanwerking van het drukbogensysteem door indrukking van de keerwand. Tevens zijn de toetsen expliciet genummerd. Met de invoering van Europese normen in Nederland (NEN-EN) worden de o\?orspronkelijke Neder- lande normen (NEN) ingetrokken. Dit houdt in dat CUR-Aanbevelingen aan de nieuwe normen moeten worden aangepast. Dat geldt ook voor CUR-Aanbeveling 77:2014. Deze herzi\?ene uitgave is aangepast aan de vigerende normen. SBRCURnet-voorschriftencommissie 95 "Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren" heeft het proces begeleid om tot deze herziene uitgave van CUR-Aanbeveli\?ng 77 te komen. VC95 was als volgt samengesteld: ir. J. Galjaard, MBA (voorzitter), ir. P.A. Hagenaars (secretaris/rap- porteur), ir. R.T. Arkesteijn, ir. P.H.M. Barten, ir. B.G.H. van den Berk, dr.ir. A. de Boer, ir. J.A.W. Hockx (t/m 2012), ing. G.M. Kaptein Msc, ing. R.W. Keesom (corresponderend lid), ing. E.A. Kwast, ir. M.G.J.M. Peters, ir. A. Quansah, ir. P. Renders, ing. R. Sagel, ir. E. Taffijn, ir. M.J.M. Takken, dr. ir. C. van der Veen, ing. M.T.M. Vlaar, ir. A.C. Vriend, ing. E. van der Waals, ing. E.P.J. de Winter, ing. A. Zeilmaker en ing. A. Jonker (coördinator). Het werk is uitgevoerd door een aantal werkgroepen. Naast de vele plenaire commissievergaderin- gen hebben ook enkele vergaderingen in Klein Comité plaatsgevonden. De resultaten zijn \?in deelrap- porten en notities vastgelegd, door de volgende auteurs: ? Eurocode: Van der Veen; ? veerstijfheden: Arkesteijn, Hocks, Vriend; ? weerstand keerwand tegen indrukking: Arkesteijn; ? UGT buiging: Arkesteijn, Hagenaars, Van der Veen, Vlaar, De Winter; ? UGT dwarskracht: Van der Veen, De Winter; ? BGT korte richting: Arkesteijn, Quansah (niet verwerkt in Aanbeveling); ? plaatmodel: Arkesteijn; ? verbinding onderwaterbetonvloer met keerwand: Taffijn, Takken, Hagenaars; ? verbinding onderwaterbetonvloer met palen/ankers: Takken, Vriend; ? uitvoeringsaspecten: Takken; ? ankeruitval: Arkesteijn; ? kalibratie: Barten; ? stroomdiagram: De Winter; ? cases: Arkesteijn, Barten, De Winter. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 7 De commissie is de werkgroepen en het Klein Comité bijzonder erkentelijk voor het werk dat zij hebben verricht. NEN/CUR-commissie 351 001 09 / VC 20 "TGB Betonconstructies" heeft op 7 februari 2014 ingestemd met de inhoud van CUR-Aanbeveling 77:2014. Met de publicatie van deze tweede, herziene versie is de eerste versie (2001) komen te vervallen. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 8 9 Onderwerp en toepassingsgebied 1 1 .1 Onderwerp Deze CUR-Aanbeveling bevat rekenregels voor het ontwerpen, dimensioneren en detailleren van ongewapende onderwaterbetonvloeren met een tijdelijke functie. De rekenregels waarborgen een voldoende veiligheid, maar hebben geen betrekking op waterdichtheid. Toelichting In werkelijkheid treedt eventuele lekkage bijna altijd op door de krachtswerking in de lange richting (scheurvorming als gevolg van verhinderde vervorming) en/of door onvoldoende aansluiting van de vloer aan de keerwand. Het werkelijke gedrag van een onderwaterbetonvloer met betrekking tot waterdichtheid is nog steeds niet goed voorspelbaar. Een onderwaterbetonvloer die volgens de principes van CUR-Aanbeveling 77 is berekend, is altijd veilig, en is vaak waterdicht, maar niet altijd. De Aanbeveling geeft niet aan op welke wijze een onderwaterbetonvloer moet worden uitge- voerd. Wel wordt in bijlage D ingegaan op uitvoeringsaspecten die een relatie me\ t het ontwerp hebben. 1.2 Toepassingsgebied De Aanbeveling is van toepassing op ongewapende tijdelijke onderwaterbetonvloeren, opgesloten tussen keerwanden en verankerd door trekelementen. De Aanbeveling gaat uit van middellange tot lange keerwanden die zelf ook als een trekelement werken. Bij korte keerwanden die de grond uit worden getrokken zal dit niet of nauwelijks het geval kunnen zijn. In gevallen met een dergelijke korte keerwand kunnen de gegeven rekenregels ook worden toegepast. In dit geval moet veiligheidshalve naast een volledige\? afwezigheid van de verticale weerstand ook een volledige maximale weerstand worden beschouwd. De Aanbeveling mag ook worden toegepast op ongewapende onderwaterbetonvl\?oeren die aanslui- ten op afgezonken caissons. De Aanbeveling geldt uitsluitend voor onderwaterbetonvloeren met een tij\?delijke uitvoeringsfunctie en met een gemiddelde dikte van ten minste 800 mm. Toelichting De Aanbeveling is bedoeld voor de toetsing van de situatie dat de kuip i\ s droog gepompt, maar er verder nog geen activiteiten zijn (verkeer over de vloer, storten van de constructievloer e.d). Met nadruk wordt erop gewezen dat de Aanbeveling niet is bedoeld voor defi\ nitieve onderwaterbe- tonvloeren; de veiligheidsfilosofie is anders en er zijn onvoldoende\ gegevens bekend over het gedrag bij wisselbelasting. In de Aanbeveling is primair gekeken naar onderwaterbetonvloeren met één type trekpaal met gelijke stijfheid, waarbij het gedrag kan worden beschreven door een ligger. Onderwaterbetonvloeren die hiervan afwijken dienen oordeelkundig te worden beoordeeld, rekening houdend met de relevante aspecten, zoals geometrie, geotechniek en fasering. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 10Toelichting Bij een onderwaterbetonvloer met bijvoorbeeld een stijve middenrij palen\ , een situatie die in de praktijk voor kan komen, blijken er allerlei andere effecten op te treden ten opzichte van een vloer met een regelmatig patroon van palen met dezelfde stijfheid. De \ Aanbeveling zou zijn doel voorbij schieten om voor een dergelijke onderwaterbetonvloer alle toetsen expliciet te vermelden. Ook worden geen regels gegeven voor het geval dat de gebruiker kiest voor het toepassen van een plaatmodel, bijvoorbeeld omdat de configuratie van de keerwand en/of trekelementen zich minder goed leent voor een liggerbenadering van de onderwaterbetonvloer. Wel worden voor die schematisering aandachtspunten gegeven, zie bijlage C. 11 Termen en definities 2 De in deze Aanbeveling gehanteerde termen en hun definities zijn in ov\?ereenstemming met NEN-EN 1992-1-1 + C2:2011 met bijbehorende nationale bijlage. In aanvulling op deze norm geldt: Gemiddelde vloerdikte: Nominale dikte die op ontwerp- en uitvoeringstekening wordt vermeld. Korte richting: Die hoofdrichting van de onderwaterbetonvloer waarin de afstand tussen \?de keerwan- den het kleinste is. Indien in de andere hoofdrichting geen middengebied\? aanwezig is, moet deze richting eveneens als korte richting worden beschouwd. Lange richting: Die hoofdrichting van de onderwaterbetonvloer die niet als korte richting geldt; als in de tekst niet expliciet op het randgebied in de lange richting wordt \?geduid, wordt met de lange richting het middengebied in de lange richting bedoeld. Membraankracht: Extra drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer als gevolg van de indrukking van de keerwand tegen het grondmassief in door de onderwaterbetonvloer bij (grote) vervormingen. Membraanveer: Horizontale veer die een schematisering is van de weerstand van de keerwand tegen indrukking door de onderwaterbetonvloer. Middengebied: Gedeelte van de onderwaterbetonvloer waar de randstoringen niet meer me\?rkbaar zijn. Minimale vloerdikte: Gemiddelde vloerdikte minus de wortel van de som van de kwadraten van d\?e tolerantie aan onderzijde en bovenzijde. Onderwaterbetonvloer: Betonnen vloer die onder water wordt gestort. Randgebied: Gedeelte van de onderwaterbetonvloer waar de randstoringen van de keerwanden merkbaar zijn. Randstoring: Invloed van de keerwand op de krachtsverdeling in de aansluitende onderwaterbeton- vloer. Stempelkracht: Drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer als gevolg van de stempelwerking van de vloer. Tolerantie: Afwijking van de werkelijke hoogteligging ten opzichte van de theoretische hoogteligging (niveau bovenzijde of onderzijde van de onderwaterbetonvloer, niveau verbindingsmiddel). Trekelement: Een constructief element dat bij een opwaartse belasting op de onderwat\?erbetonvloer een neerwaartse reactie levert.Toelichting Dit zijn de elementen die een bijdrage aan de verticale stabiliteit van \ de onderwaterbetonvloer leveren, zoals trekankers of trekpalen. Ook de keerwand zelf is eigenlijk een trekelement, maar in deze Aanbeveling wordt een keerwand steeds expliciet als zodanig aangeduid. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 12 13 Eenheden en symbolen 3 3 .1 Eenheden De in deze Aanbeveling toegepaste eenheden zijn in overeenstemming met N\?EN-EN 1991-1-1 en NEN-EN 1992-1-1 en wat betreft de ondergrond conform NEN 9997-1. 3.2 Symbolen In overeenstemming met NEN-EN 1991-1-1 en met NEN-EN 1992-1-1 worden in \?deze Aanbeveling de volgende symbolen en namen van grootheden gebruikt. A netto oppervlakte onder de schotel of nokken A hulpmaat bij de bepaling van de membraanwerking B breedte paaldoorsnede bij een vierkante of rechthoekige paal D buitendiameter opgelaste nokken bij stalen paal D diameter paaldoorsnede bij een ronde paal D diameter schotel Ecm elasticiteitsmodulus van beton F verticale kracht in een verankeringselement Fstempel horizontale drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer F0 horizontale drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer bij een onvervormd mechanisme ?F toename van de horizontale drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer ten gevolge van vervorming van het mechanisme (membraanwerking) Ftot totale horizontale drukkracht die de keerwand uitoefent op de onderwaterbetonvloer, inclusief membraanwerking L overspanning Lx stramienmaat in korte richting Ly stramienmaat in lange richting M buigend moment N normaaldrukkracht ( N > 0 voor druk) Naangrenzend normaaldrukkracht in de aangrenzende onderwaterbetonvloer ?N verlies van normaaldrukkracht in vloer ten gevolge van weerstand omgevin\ g (palen, grond) O lengte van de omtrek van de doorsnede bij een glad trekelement V dwarskracht, ponskracht VRd,c dwarskracht- of ponscapaciteit bij ongewapend beton met betrekking tot d\ e uiterste grenstoestand adal dallengte bij ribbels ar ribbelafstand av afstand waarover het veld bij een mechanisme omhoog komt ten gevolge van het vervormen van het mechanisme ("Pythagoras") CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 14 c tandlengte bij ribbels c coëfficiënt voor de mate van ruwheid van een contactoppervlak dmin (effectieve) vloerdikte verminderd met alle toleranties dmin;s (effectieve) vloerdikte verminderd met alle toleranties indien het t\ rekelement niet geheel door vloer steekt f functie die veerkarakteristiek van de membraanveer weergeeft fctd,pl rekenwaarde betontreksterkte van ongewapend beton fctk,0,05 karakteristieke waarde van de axiale betontreksterkte fcd,pl rekenwaarde betondruksterkte van ongewapend beton fck karakteristieke waarde van de cilinderdruksterkte van beton na 28 dagen fcm gemiddelde waarde van de cilinderdruksterkte van beton fcvd rekenwaarde betonsterkte bij dwarskracht en druk hgem gemiddelde vloerdikte, zoals op tekening aangegeven hmin minimale vloerdikte k parameter bij de bepaling van v min k1 factor bij de bepaling van V Rd,c die de invloed van de normaalkracht weergeeft kr reductiefactor op de ponssterkte bij trekelementen die op één niveau zijn verankerd n aantal vlakken dat in de krachtsoverdracht betrokken is p afstand van bovenzijde vloer tot onderkant schotel of nokken q gelijkmatig verdeelde verticale belasting qg q door eigen gewicht qu opneembare verticale belasting bij een gegeven indrukking van de keerwandveer en de hierdoor opgewekte drukkracht, bij het rekenen met membraanwerking qw q door de waterdruk qz q door zwelbelasting s gemiddelde afstand waarover een paal in de onderwaterbetonvloer steekt t\ en opzichte van het gemiddelde niveau van onderzijde onderwaterbetonvloer t ribbeldiepte tol tolerantie van het werkelijke niveau ten opzichte van het theoretische (gemiddelde) niveau met bet\ rekking tot onder/bovenzijde onderwaterbetonvloer ( tol onder , tol boven ) en hoogteligging van verbindingen ( tol verankering , betrekking hebbend op bovenzijde trekelementen, onderzijde schotel/nokken, bovenzijde inkassing e.d.); tol 1 resp. tol 2 zijn verkorte schrijfwijzen van de van toepassing zijnde toleranties aan onderzijde resp. bovenzijde bij beschouwing van membraanwerking ?u indrukking membraanveer keerwand u1 (eerste) controle-omtrek bij pons ?min dwarskrachtweerstand (spanning) volgens afschuifbuigtreksterkte x hoogte betondrukzone z inwendige hefboomsarm (pijl) z1 inwendige hefboomsarm voor gladde trekelementen z2 inwendige hefboomsarm voor niet-gladde trekelementen ? ribbelhelling ?ct,pl reductiefactor rekenwaarde betontreksterkte bij ongewapend beton ?cc,pl reductiefactor rekenwaarde betondruksterkte bij ongewapend beton ?rN reductiefactor voor de membraanwerking ? betrouwbaarheidsindex CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 15 ?C partiële factor voor beton ?w,sup belastingfactor voor ongunstig werkende (grond)waterdruk ?ct betontrekspanning ?c betondrukspanning ?cp gemiddelde betondrukspanning over een op druk belaste oppervlakte ?cp maximale betonschuifspanning over een op druk belaste oppervlakte ? wrijvingscoëfficiënt indices: Ed belastingseffect optredend in de belastingcombinatie met betrekking to\ t de uiterste grenstoestand Rd capaciteit met betrekking tot de uiterste grenstoestand k karakteristiek stpt betreffende het steunpunt veld betreffende het veld Opgemerkt wordt dat in bijlage B ook andere symbolen worden gebruikt; de\?ze worden toegelicht daar waar ze worden gebruikt. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 16 17 Eisen en bepalingsmethoden 4 4 .1 Draagvermogen 4.1.1 Eis Het draagvermogen van de onderwaterbetonvloer moet worden getoetst zodan\?ig dat voor de belas- tingcombinaties volgens 4.1.4 de uiterste grenstoestand volgens 4.1.3 niet wordt overschreden. Dit dient te geschieden volgens de methode in 4.1.2. Hierbij moeten de volgende onderdelen worden beschouwd: ? de onderwaterbetonvloer; ? de keerwand en de trekelementen; ? de verankering van de keerwand en de trekelementen in de onderwaterbetonvloer. Daarnaast moet ook de toetsing volgens 4.2 worden uitgevoerd. Toelichting De toets in 4.1 is gebaseerd op de krachtswerking in de zogenoemde "korte richting". Daarnaast moet ook de "lange richting" worden getoetst, zie 4.2; door het ui\ tvoeren van die toets wordt bereikt dat de h.o.h. afstand tussen de trekelementen in de lange richting niet te groot wordt, waardoor de UGT in de lange richting niet maatgevend is. Voor de definitie van korte en lange richting wordt verwezen naar hoofdstuk 2 en 7 (figuur 2). In de korte richting worden geen BGT-toetsen voorgeschreven. Dergelijke toetsen dragen in de praktijk niet wezenlijk bij aan de waterdichtheid. Immers, in werkelijkheid treedt eventuele lekkage bijna altijd op door de krachtswerking in de lange richting (scheurvorming als gevolg van ver- hinderde vervorming) en/of door onvoldoende aansluiting van de vloer aa\ n de keerwand. Het werkelijke gedrag van een onderwaterbetonvloer met betrekking tot waterdichtheid \ is nog steeds niet goed voorspelbaar. Het achterwege laten van BGT-toetsen in de korte richting betekent een substantiële vereenvoudiging ten opzichte van de vorige versie van de\ Aanbeveling. Een onder- waterbetonvloer die met de CUR-Aanbeveling 77 is berekend, is altijd veilig, en is vaak water- dicht, maar niet altijd. Bedacht moet worden dat in alle gevallen de bez\ wijkveiligheid voldoende is gewaarborgd, zeker met de nu gehanteerde verzwaarde ponstoets voor ankerpalen. In bijlage A1 is een stroomschema opgenomen van de berekening waarbij de toetsen overzichte- lijk zijn weergegeven. De toetsen zijn expliciet genummerd, zodanig dat \ uit elke toetsgroep (een hoofdletter) steeds één toets of set toetsen (cijfer) van toepa\ ssing is. Opgemerkt wordt dat de eisen en de bepalingsmethoden aansluiten op de Eu\ rocodes. CUR- Aanbeveling 77:2001 sloot daar niet op aan. Daarom is bij de overgang va\ n CUR-Aanbeve- ling 77:2001 naar CUR-Aanbeveling 77:2014 eerst de aansluiting op de Eur\ ocodes opgepakt; pas daarna zijn de overige wijzigingen aangebracht. Ten behoeve van de aansluiting op de Eurocodes zijn zogenoemde kalibratieberekeningen uitgevoerd op representatieve cases. Het doel ervan is om aan te tonen dat het veiligheidsniveau bij overstap op \ de Eurocode niet lager wordt, dat wil zeggen vergelijkbare resultaten geeft. Rekenen met de Eurocode mag namelijk niet tot veel lichtere uitkomsten leiden, maar hoeft ook niet tot zwaardere uitkomsten te leiden. Bij de kalibratieberekeningen is gebleken dat rekenen volgens de Eurocode in de UGT verzwa- rend is met betrekking tot de hogere materiaalfactor ( ?C = 1,5) en de introductie van reductiefacto- ren ?ct,pl en ?cc,pl voor trek en druk (waarde 0,80). Daar staat tegenover dat het mogelijk bleek om CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 18bij sommige toetsingen van CUR-Aanbeveling 77:2001 verzwarende factoren \ achterwege te laten, omdat die al in rekening worden gebracht door de genoemde reductie-factoren. De uitkomst van de kalibratie is dat er aanpassingen op de CUR-Aanbeveling 77:2\ 001 zijn bepaald zodanig dat die Aanbeveling aansluit op de filosofie en inhoud van E\ urocodes. Het gevolg van die aansluiting is dat de benodigde vloerdikten slechts marginaal wijzigen: voor situaties \ dat de UGT maatgevend is tot 50 mm toename, en voor situaties dat de BGT maatgevend was tot 50 mm afname. De commissie is van mening dat hiermee een correcte kalibratie is bereikt. De kalibratieberekeningen zijn vastgelegd in een rapport ten behoeve van eventuele verdere aanpassingen in de toekomst. 4.1.2 Bepalingsmethode De bepaling van het draagvermogen van de onderwaterbetonvloer en de toet\?sing hiervan dient te geschieden op basis van de korte richting, en wel door de constructie te schematiseren en de krachts\?- verdeling te berekenen volgens 7.4.2 en de toetsing uit te voeren volgens 8.2. Hierbij mag de gunstig- ste van de twee bezwijkmechanismen A en B volgens 4.1.3 worden aangehouden. Een dwarskracht- toets vindt plaats volgens 8.2.2. De bepaling van het draagvermogen van de trekelementen en de toetsing hiervan, zowel geotech- nisch als constructief, dient te geschieden volgens de geëigende methoden, zie hoofdstuk 9. Toelichting Deze methoden kunnen worden ontleend aan de geotechnische en de materiaa\ lgebonden normen. In deze Aanbeveling wordt hier verder niet op ingegaan. De bepaling van het draagvermogen van de verankering van de trekelementen in de onderwaterbe- tonvloer en de toetsing hiervan dienen te geschieden volgens hoofdstuk 1\?0. 4.1.3 Uiterste grenstoestand Als uiterste grenstoestand voor de onderwaterbetonvloer geldt het oversc\?hrijden van de materiaal- sterkte van één van de samenstellende delen. Voor de onderwaterbetonvloer zelf zijn de volgende twee bezwijkmechanisme\?n relevant: ? Bezwijkmechanisme A: Bezwijken treedt op doordat de betontreksterkte wordt overschreden en de doorsn\?ede scheurt; de normaaldrukkracht is zo klein dat het drukbogensysteem na scheuren een l\?agere bezwijkbelasting heeft dan de belasting waarbij scheuren is opgetreden. ? Bezwijkmechanisme B: Bezwijken treedt op doordat de betondruksterkte in het drukbogensysteem dat na \?scheuren is ontstaan, wordt overschreden. Bij bezwijkmechanisme B mag gebruik worden gemaakt van membraanwerking: \?het ontstaan van extra drukkracht in de vloer door de weerstand van de keerwand tegen indrukking die ontstaat door (grote) vervorming van de onderwaterbetonvloer. Het in rekening mogen brengen van deze extra drukkracht wordt begrensd bij diepe bouwputten, zie de toelichting bij 7\?.4.2. De bezwijkbelasting van de onderwaterbetonvloer is de hoogste van de bez\?wijkbelastingen van deze beide mechanismen. Toelichting Bij een bepaalde belasting zal scheurvorming optreden; er treedt dan een\ drukbogen- systeem op. Bij relatief kleine stempeldrukkrachten zal de draagkracht van dit sys\ teem kleiner CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 19 zijn dan de scheurbelasting; bezwijkmechanisme A bepaalt dan de draagkra\ cht van de onder- waterbetonvloer. Bij relatief grote stempeldrukkrachten kan de draagkracht van het druk\ - bogensysteem echter groter zijn dan de scheurbelasting: scheuren betekent dan nog geen bezwijken. Bezwijkmechanisme B bepaalt dan de draagkracht van de onderwaterbeto\ nvloer. Omdat dit geldt voor de korte richting, kan de bezwijkbelasting beperkt worden door het resultaat\ van de toets in de lange richting volgens 4.2. 4.1.4 Belastingen en belastingcombinaties De onderstaande karakteristieke belastingen moeten in rekening worden gebracht: ? Belastinggeval 1 (BG1): eigen gewicht onderwaterbetonvloer qg,k= h gem * 23 kN/m 3. ? Belastinggeval 2 (BG2): opwaartse waterdruk qw, k= karakteristieke stijghoogte onder de onderwaterbetonvloer vermenigvuldigd met 10,0 kN/m 3 (zeewater: 10,3 kN/m 3 ). ? Belastinggeval 3 (BG3): horizontale stempeldruk Fstempel,k , te bepalen als de kleinst mogelijke stempelkracht bij een droge bouwkuip. ? Belastinggeval 4 (BG4): opwaartse zwelbelasting qz,k. Toelichting Door het ontgraven en droogzetten van een bouwput wordt de ondergrond on\ tlast en zou hierdoor willen zwellen. De onderwaterbetonvloer zal deze zwelling voor \ een deel belemmeren, wat leidt tot een opwaartse zwelbelasting op de vloer. De grootte van de zwelbelasting is moeilijk te bepalen, en hangt niet alleen af van de grondeigenschappen, maar ook \ van de bouwfase- ring en vervormingen van de palen en onderwaterbetonvloer. In bijlage B2 is een handreiking opgenomen voor het bepalen van de zwelbelasting. Daarin wordt voor twee \ cases de zwelbe- lasting bepaald die op zou treden als de zwel geheel zou worden verhinde\ rd. Benadrukt wordt dat de methode in bijlage B2 een zeer conservatieve methode is. Door de \ opwaartse vervorming van de onderwaterbetonvloeren is de werkelijke zwelbelasting lager. Ten tijde van het uitkomen van de Aanbeveling is het SBRCURnet/COB-project "Zwelbelasting op fun\ deringen" gaande om te komen tot een minder conservatieve eenvoudige methode en een geavanceerde\ methode. In voorkomende gevallen wordt geadviseerd om een geotechnicus te raadplegen. De volgende belastingcombinatie dient te worden beschouwd: BC1 = 0,9 x BG1 + 1,2 x BG2 + 0,9 x BG3 + 1,35 x BG4. Voor specifieke situaties kan het nodig zijn om aanvullende belastingen en belastingco\?mbinaties te beschouwen. Toelichting Uitgangspunt bij het vaststellen van de belastingsfactoren is dat de ond\ erwaterbetonvloer wordt ingedeeld in gevolgklasse 2. Conform ROK 1.2 januari 2013 (tabel 4.1) bedraagt de belastingfactor voor ongunstig werkende (grond)waterdruk: ?w,sup = 1,2 voor gevolgklasse 2. De belastingfactor van 1,35 voor de zwelbelasting is een verzwaring t.o.v. de 1,2 in de CUR-Aanbe- veling 77:2001, maar sluit aan bij de (nog in ontwikkeling zijnde) SBRCURnet/COB-richtlijn "Zwel- belasting op funderingen". Deze verzwaring is niet onderzocht bij de in de toelichting van 4.1.1 genoemde kalibratie. In dit verband wordt er (nogmaals) met nadruk op gewezen dat de meth\ ode voor het bepalen van de zwelbelasting in bijlage B2 zeer conservatief is\ , en dat geavanceerdere methoden beschikbaar zijn. In afwijking van de 1,2 x BG2 mag een lagere waarde worden aangehouden i\?ndien wordt aangetoond dat de betrouwbaarheidsindex ? minstens de waarde heeft die behoort bij gevolgklasse 2 conform NEN-EN 1990. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 20 Er mag met 1,1 x BG2 worden gerekend zonder dat de betrouwbaarheidsindex behoeft te worden getoetst indien voor BG2 de waterdruk onder de onderwaterbetonvloer is a\?angehouden die overeen- komt met een stijghoogte gelijk aan bovenkant keerwand, terwijl tevens het water onder de onderwa- terbetonvloer niet overspannen is. Voor trekelementen moet echter altijd worden gerekend met minimaal 1,2 x BG2 (zie ook hoofdstuk 9). In afwijking van de 0,9 x BG3 mag een hogere waarde worden aangehouden voor situaties met een\? positieve correlatie tussen de stempelkracht en de opwaartse waterbelast\?ing, indien wordt aange- toond dat de betrouwbaarheidsindex ? minstens de waarde heeft die behoort bij de gevolgklasse 2 conform NEN-EN 1990. Toelichting Bij een indeling in gevolgklasse 3 moet een hogere ? in rekening worden gebracht. 4.2 Spanningsbeperking lange richting 4.2.1 Eis De lange richting van de onderwaterbetonvloer moet worden getoetst zodan\?ig dat voor de belasting- combinaties volgens 4.2.4 de grenstoestand volgens 4.2.3 niet wordt over\?schreden. Toelichting De bezwijkveiligheid bij de krachtswerking in de lange richting is niet maatgevend ten opzichte van de korte richting omdat voor bezwijken rotatie nodig is en de daarbij optredende verlenging van de onderwaterbetonvloer verhinderd wordt door membraanwerking. Hierdoor is er in de uiterste grenstoestand veel reserve aanwezig, en is het zeer onwaarschijnlijk dat\ de onderwaterbeton- vloer in de lange richting bezwijkt. Gebruik is gemaakt van de toepassin\ g van membraanwerking volgens een artikel in het tijdschrift Cement 2012-4 (auteurs: Van der Veen, Gijsbers en De Boer). Het is van belang dat de h.o.h. afstand tussen de trekelementen in de lange richting niet te groot wordt. Om dat te bereiken is gekozen voor een eenvoudige BGT-toets. Als aan deze toets wordt voldaan is de bezwijkveiligheid in de lange richting niet maatgevend, d.\ w.z. op een conservatieve manier afgedekt. 4.2.2 Bepalingsmethode De toets dient te geschieden door de constructie te schematiseren en de \?krachtsverdeling te berekenen volgens 7.4.1 en de toetsing uit te voeren volgens 8.1. Hierbij dient de onderwaterbeton- vloer te worden beschouwd als een vrij opgelegde ligger op twee steunpun\?ten (trekelementen). 4.2.3 Grenstoestand Als grenstoestand voor de onderwaterbetonvloer geldt het bereiken van de buigtrekspanning ter grootte van 1,25 fctd,pl . Toelichting Dit criterium is afgeleid uit de CUR-Aanbeveling 77:2001. Het heeft het \ karakter van een pragmatische "verzameleis" op BGT-niveau. De factor 1,25 is ingevoerd omdat in de reken- waarde van de treksterkte fctd,pl de reductiefactor ?ct,pl van 0,8 is verwerkt, zie ook hoofdstuk 6. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 21 Benadrukt wordt dat het voldoen aan deze eis geen garantie biedt voor wa\ terdichtheid. Het optreden van scheurvorming in relatie tot waterdichtheid is nog steeds n\ iet goed voorspelbaar. 4.2.4 Belastingen en belastingcombinaties Dezelfde karakteristieke belastingen moeten in rekening worden gebracht als in 4.1.4. De volgende belastingcombinatie dient te worden beschouwd: BC2 = 1,0 x BG1 + 1,0 x BG2 + 1,0 x BG3 + 1,0 x BG4. Toelichting Deze belastingcombinatie is een BGT-belastingcombinatie. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 22 23 Algemene bepalingen 5 Voor algemene bepalingen, voor zover niet specifiek in deze Aanbeveling\? genoemd, wordt verwezen naar NEN-EN 1990 art. 1.3 en de aanvulling daarop in NEN-EN 1992-1-1 art\?. 1.3. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 24 25 Materiaaleigenschappen 6 Voor de karakteristieke waarde van de axiale betontreksterkte fctk,0,05 , de rekenwaarde van de betontreksterkte fctd,pl , de karakteristieke waarde van de cilinderdruksterkte van beton na 28 dagen fck, de rekenwaarde van de betondruksterkte fcd,pl en de elasticiteitsmodulus Ecm wordt verwezen naar NEN-EN 1992-1-1. Toelichting De partiële factor voor beton ?C bedraagt 1,5. Omdat het ongewapend beton betreft, zijn de ?-waarden van hoofdstuk 12 van NEN-EN 1992-1-1 van toepassing. Deze waard\ en (reductiefactoren voor de trek- en druksterkte van beton) zijn in verband met verminderde ductiliteit\ seigenschappen voor ongewapend beton lager dan voor gewapend beton. Uit de Nationale Bi\ jlage volgt ?ct,pl = 0,8 en ?cc,pl = 0,8. De rekenwaarden voor de sterkten zijn weergegeven in tabel 1. Voor de toe te passen betonsterkteklasse wordt geen grens aangegeven. Opgemerkt wordt dat het toepassen van hogere betonsterkteklassen kan leiden tot problemen me\ t scheurvorming uit o.a. temperatuureffecten. In afwijking van de waarden voor Ecm die in tabel 3.1 van NEN-EN 1992-1-1 worden weergegeven kan de Ecm worden berekend op basis van de in tabel 3.1 gegeven formules, hetgeen tot lagere, dus veelal gunstigere, waarden leidt. In tabel 1 zijn de waarden volgens tabel 3.1 weergegeven, alsmede de gunstige reductiefactor en de gereduceerde Ecm. Tabel 1 Rekenwaarden voor sterkten en waarden voor de E-modulus betonsterkte- klasse fctd,pl fcd,pl Ecm volgens tabel 3 .1 van NEN-EN 1992-1-1 reductiefactor gereduceerde Ecm [N/mm 2 ][N/mm 2 ][N/mm 2 ][ - ] [N/mm 2 ] C20/25 0,801 0,7300000,91727500 C25/30 0,9613,3310000,93529000 C30/37 1,0716,0330000,93931000 Toelichting Opgemerkt wordt dat het niet mogelijk is om een lagere E-modulus in rekening te brengen indien bijvoorbeeld na 14 dagen de sterkte al wordt gehaald. Immers, ind\ ien de sterkte na 14 dagen al gelijk is aan de verwachte waarde na 28 dagen, moet ook a\ angenomen worden dat de E-modulus na 14 dagen gelijk is aan de verwachte waarde na\ 28 dagen. Voor de sterkte mag de waarde op tijdstip t worden aangehouden, maar voor\ de E-modulus moet dus altijd de waarde na 28 dagen worden aangehouden. Dit is doelbewust c\ onservatief. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 26 27 Schematisering en krachtsverdeling 7 In dit hoofdstuk wordt de vloer beschouwd per eenheid van breedte. 7.1 Uitgangspunten voor schematisering De onderwaterbetonvloer fungeert als waterkerende bodemafsluiting van een bouwkuip en is opge- sloten tussen keerwanden en daartussen verticaal gesteund door trekelementen. In het horizontale vlak fungeert de onderwaterbetonvloer tevens als stempeling van de keerwanden. In verticale richting wordt de onderwaterbetonvloer belast door resulterende opwaartse belasti\?ng, die wordt afgedra- gen aan de keerwanden en de er tussengelegen trekelementen. Door wrijving ten gevolge van de stempelkracht, versterkt door het feit dat de keerwand boven de onderwaterbetonvloer naar binnen buigt, wordt er van uit gegaan dat de onderwaterbetonvloer voor overdrac\?ht van de dwarskracht vast verbonden is aan de keerwand. Dit is voor de onderwaterbetonvloer een veilige aanname. Het aan- grijpingspunt van de stempelkracht aan de rand wordt op ¼ van de hoog\?te vanaf bovenkant onderwa- terbetonvloer aangenomen. Alléén indien wordt getoetst of verbindi\?ngsmiddelen tussen de keerwand en de onderwaterbetonvloer achterwege mogen blijven, dient dat aangrijpi\?ngspunt in het hart van de vloer te worden aangenomen. Immers, alleen bij deze toets wordt de ve\?rbinding tussen vloer en keerwand in verticale zin slippend aangenomen, met een bepaalde vaste wri\?jvingskracht. De onderwaterbetonvloer wordt beschouwd als een lineair-elastische ligge\?r, vrij opgelegd aan de randen en ondersteund bij de tussensteunpunten. De verticale ondersteuni\?ngen aan de randen en ter plaatse van de tussensteunpunten worden lineair verend verondersteld\?. Het horizontaal verend gedrag van de keerwand in de richting van de vloer is verwaarloosbaar ten opzichte van \?de horizon- tale stijfheid van de vloer. Dit horizontaal verend gedrag speelt echter wél een rol bij het opw\?ekken van een extra drukkracht bij (grote) vervormingen van de onderwaterbet\?onvloer; de vloer drukt dan namelijk de keerwand tegen het grondmassief in (als gevolg van rotatie), hetgeen ee\?n weerstand oproept. Dit verend gedrag van de keerwand wordt in deze Aanbeveling "membraanveer" genoemd. Bij de schematisering van de geometrie dient van het volgende te worden \?uitgegaan. Uitgangspunt is het gemiddelde niveau van onderzijde en bovenzijde van d\?e onderwaterbetonvloer. Dit zijn de niveaus die ook op tekening worden aangegeven. Deze niveaus vormen de basis voor de gemiddelde vloerdikte hgem en voor de belastingen (eigen gewicht, opwaartse waterdruk, zwel en horizontale stempeldruk). Als gevolg van afwijkingen tijdens de uitvoering zal het werkelijke niveau van de onderzijde en boven- zijde van de onderwaterbetonvloer op een willekeurige locatie in het algemeen afwijken van het gemiddelde niveau. Deze afwijkingen moeten in rekening worden gebracht als een tolerantie: tol onder respectievelijk tol boven . Uit deze toleranties volgt de minimale vloerdikte hmin, gedefinieerd als hmin = h gem - ?(tol onder 2 + tol boven 2 ). Zie ook figuur 1. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 28 hgem hmin = h gem ? (tol boven2 + tol onder2 )0,5 hmin tolboven onderwaterbeton tolonder Figuur 1 Enkele geometrische grootheden. De hgem moet worden gehanteerd als basis voor de stijfheid van de vloer. De hmin moet worden gehanteerd als basis voor de berekening van de spanningen en de sterkte van de onderwaterbetonvloer. Toelichting Bij de toetsing van de verbinding van een trekelement met de onderwaterbetonvloer moet rekening worden gehouden met het tegelijk kunnen optreden van tol boven en tol onder , zie 10.2. Dit geldt dan ook voor de ponstoets. Voor de toleranties dient van het onderstaande te worden uitgegaan. Algemeen De in dit hoofdstuk gegeven waarden zijn richtwaarden en zullen moeten w\?orden getoetst aan de lokale omstandigheden. Aannames in de ontwerpfase zullen moeten worden g\?econtroleerd tijdens de realisatie. Bij afwijkingen van eerdere aannames dient de situatie door de constru\?cteur beoordeeld te worden. Tolerantie onder- en bovenzijde onderwaterbetonvloer De tolerantie aan de onderzijde wordt bepaald door de ondergrond, de ont\?gravingsmethode en het eventueel toepassen van een uitvullaag. Het heeft de voorkeur de tolerantie af te stemmen met de opdrachtnemer die de kuip zal ontgraven. Bij veengronden moet een zand- of grindlaag worden aangebracht (dikte c\?a. 500 mm). Ook bij klei kan het nodig zijn om een zand- of grindlaag aan te brengen. Dit heeft e\?en gunstige invloed op de te hanteren toleranties, de stabiliteit van de putbodem en het reinigen van\? de bouwkuip. In verband met de grotere bergingscapaciteit voor slib heeft het toepassen van grind hi\?erbij de voorkeur. Het ontgravingniveau en de behaalde afwijkingen dienen gecontroleerd te \?worden in de ontgraven bouwkuip. Als richtwaarde moeten de onderstaande waarden gehanteerd worden, tenz\?ij op basis van ervaring wordt aangetoond dat lagere waarden mogen worden gehanteerd: ? 150 mm bij zandgrond; ? 350 mm bij klei; ? 150 mm bij het toepassen van een uitvullaag. De tolerantie aan de bovenzijde van de vloer wordt bepaald door de stort\?methode: ? 75 mm bij de Hop-dobber-methode; ? 150 mm bij de Contractor- en Ventielmethode. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 29 Deze toleranties kunnen over grotere gebieden voorkomen. De gemiddelde dikte van de vloer, per stramien van de trekelementen, moet echter voldoen aan de gemiddelde dikte die in het ontwer\?p is gehanteerd. Tolerantie niveau verbinding De tolerantie op de hoogteligging van verbindingen, tol verankering , moet worden afgeleid uit de uitvoe- ringswijze van het inbrengen van de trekelementen en/of aanbrengen van de verbindingselementen (bijvoorbeeld hoe schotels worden aangebracht). Als richtwaarde moeten\? de onderstaande waarden voor de hoogteligging worden gehanteerd, tenzij op basis van ervaring wo\?rdt aangetoond dat lagere waarden mogen worden gehanteerd: ? 100 mm bij een verankering op één niveau (bijvoorbeeld een schotelanker); ? 100 mm bij een ingehangen paal; ? 100 mm bij een inkassing in de diepwand. Toelichting Voor een geheide paal wordt geen richtwaarde voor de tolerantie gegeven; \ deze dient te worden bepaald in overleg met de heier en de geotechnisch adviseur. 7. 2 Gedrag van de onderwaterbetonvloer Voor de beschrijving van het principe van de krachtsverdeling wordt uitge\?gaan van een langgerekte bouwkuip, waarbij duidelijk een korte en een lange richting zijn te onderscheiden. Zie figuur 2. onderwaterbetonvloer keerwand trekelement "korte richting" "lange richting" Figuur 2 De begrippen korte en lange richting. In het algemeen is de verticale verplaatsing van de keerwand kleiner dan die van de trekelementen. Dit veroorzaakt een randstoring met grote opbollende buigende momenten, \?die in de praktijk pas over een afstand van ca. 20 m nagenoeg uitgedempt zijn. In de korte richting zullen in de praktijk de randstoringen elkaar overlappen, waardoor de opbollende buigende mome\?nten vergroten. Door het excentrisch aangrijpen van de stempelkracht boven de neutrale lijn wisselt\? het buigend moment van positief naar negatief in het eerste veld, waarna het steeds meer ne\?gatief wordt tot de grootste CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 30absolute waarde wordt bereikt. De variatie tussen veld- en steunpuntsmom\?ent is als een relatief kleine rimpel terug te vinden in de buigende momentenlijn. Zie ook figuur 3. -500 40 mm 0 20 mm 0 -500 -1000 -1500 -2000 kNm/m verticale verplaatsingen MOMENTENLIJN VERANKERDE ONDERWATERBETONVLOER a) breedte 19,3 m b) breedte 32,1 m vloer: C20/25; dik 1,1 m verticale veerstijfheid keerwand: 123,7 MN/m 2 verticale veerstijfheid trekankers: 13,85 MN/m 2 a) b) 2,60 + 6 x 2,35 + 2,60 = 19,30 m 2,60 + 14 x 2,35 + 2,60 = 38,10 m Figuur 3 Krachtswerking in de korte richting. In de lange richting is er minder overlap; daardoor zijn de momenten in \?het randstoringsgebied kleiner dan in de korte richting. Bij voldoende lengte komt er in de lange richting een gebied voor waar de randstoringen praktisch zijn uitgedempt. Dit gebied wordt "middengebi\?ed" genoemd. In de langsrich- ting hebben de steunpunten hier gelijke verticale verplaatsingen, zodat in langsrichting de veld- en steunpuntsmomenten wisselend van teken zijn en veel kleiner dan de randstoringsmomenten. In het bovenstaande is verondersteld dat de verticale stijfheid van de\? keerwanden in de lange richting gelijk is aan de korte richting. Indien bovendien de normaalkrachten gelijk zijn is het st\?oringsgebied in de lange richting niet ongunstiger dan de korte richting, althans indien de vloer in de korte richting ongescheurd blijft. Indien de vloer in de korte richting gescheurd wordt beschouwd, zodanig dat de opbollende momenten zijn verdwenen, is bij gelijkblijvende normaalkracht\?, de grootte van de tussen- afstanden van belang: als de tussenafstand in de lange richting niet gro\?ter is dan in de korte richting is het storingsgebied in de lange richting niet ongunstiger dan de korte richting. In 7.4 wordt dit verder uitgewerkt. De stempelkracht zal op zekere afstand van de keerwand kleiner zijn dan aan de rand door de weerstand die de trekelementen kunnen bieden aan de vloerverkorting. In de praktijk is die verminde- ring voor de korte richting zeer gering. Voor de lange richting wordt de stempelkracht in het midden- gebied verwaarloosd, omdat er zoveel meer trekelementen zijn die weerstand bieden en bovendien veel weerstand wordt geleverd door de langswanden. Met betrekking tot de sterkte van de onderwaterbetonvloer is het in prin\?cipe voldoende om de krachtsverdeling in deze vloer met twee schematiseringen te bepalen: ? Voor de korte richting als ligger op verende steunpunten met aanwezigheid van nor\?maalkracht gelijk aan de volledige stempelkracht; de ligger is vrij opgelegd ter pl\?aatse van de keerwanden met het vaste excentriciteitsmoment van de stempelkracht. ? Voor de lange richting als ideaal middenveld van een ligger op vaste scha\?rnierende steunpunten zonder aanwezigheid van normaalkracht. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 31 7. 3 Afwijkende situaties Tot nu toe werd er van uit gegaan dat alle trekelementen tussen de keerwanden van het zelfde type zijn, met dezelfde stijfheid, en geplaatst in een regelmatig patroon, \?met een duidelijke lange en korte richting. Voor die situatie geeft deze Aanbeveling rekenregels. Bij hiervan afwijkende situaties dient de onderwaterbetonvloer oordeelkundig te worden beoordeeld, rekening houdend met de relevante aspecten, zoals geometrie, geotechniek en fasering. Hieronder worden enkele afwijkende situaties nader beschouwd. Brede bouwkuip Bij een bouwkuip breder dan ca. 40 m kan de krachtsverdeling ook in dwar\?srichting volgens de "lange richting" voorkomen. Bij een min of meer vierkante bouwkuip met breedte en lengte niet \?groter dan ca. 30 m komt de krachtsverdeling volgens de "lange richting" niet voor. Lokaal grotere stijfheid in het midden Het kan voorkomen dat er in het midden meer en/of stijvere trekelementen worden toegepast, bij- voorbeeld in combinatie met de fundering van de middenwand van een te ma\?ken tunnel. Dit zou in de korte richting een extra randstoring in het midden van de vloerbreedte ge\?ven. Hierbij kan een positief moment in het midden ontstaan, net als bij de keerwanden. Ontlasting kopwand door droogzetten aangrenzende bouwkuip Een veel voorkomende afwijkende situatie komt voor bij bouwfaseringen waarbij een kopwand wordt ontlast door het droogzetten van de aangrenzende bouwkuip. Voor de reeds functionerende onder- waterbetonvloer wordt de stempelkracht aan die zijde verminderd (bij sy\?mmetrische geometrie tot de helft), maar de belasting via de aangrenzende vloer zal de kopkeerwand omhoog doen verplaatsen en dus de randstoringsmomenten in de reeds functionerende vloer verminde\?ren. Als de situatie bij de kopwand vóór het droogzetten van de aangrenzende bouwkuip niet maat\?gevend was, zal die na het droogzetten ook niet maatgevend zijn. De nieuwe aangrenzende onderwaterb\?etonvloer ondervindt bij het droogzetten een grotere randstoring dan de oude vloer oorspronkelijk ondervond, omdat de kopwand door de oude vloer verstijfd is. Toelichting Ondanks het feit dat de stempelkracht tot de helft is gereduceerd, blijkt de krachtsverdeling in de meeste situaties niet maatgevend te zijn voor de sterkte ten opzichte\ van die voor de korte richting. De stempelkracht kan zelfs tot nul teruglopen door afwezigheid van druk vanuit de tegen- overliggende compartimenteringswand. In geval van twijfel kan het gedrag van de onderwaterbetonvloer in het r\ andstoringsgebied geana- lyseerd worden als ligger op verende steunpunten als in de korte richting. Voor de analyse van de aangrenzende onderwaterbetonvloer geldt daarbij voor de schematisering: ? de kopwand is scharnierend verbonden met de eerst gemaakte onderwaterbetonvl\ oer, deze moet dus inclusief de verende ondersteuningen worden meegenomen in het s\ chema; ? in het scharnier ter plaatse van de kopwand werkt op de aangrenzende onderwaterbetonvloer een positief kopmoment Naangrenzend ? h min /4 en op de eerstgemaakte onderwaterbetonvloer een negatief kopmoment Naangrenzend ? h min / 4; ? de verticale belasting niet invoeren op de eerstgemaakte onderwaterbeton\ vloer. 7. 4 Te onderzoeken krachtsverdelingen Het is nodig de krachtsverdeling te bepalen en te toetsen in zowel de korte richting als de lange richting in het middengebied, zoals aangegeven in 7.2. CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 32Indien in de korte richting is aangetoond dat bezwijkmechanisme A voldoet (toetst B1 \?van 8.2.1) is het niet nodig om de krachtsverdeling in de lange richting in het randstorin\?gsgebied te bepalen en te toetsen als aan de voorwaarden (i) en (ii) wordt voldaan: (i) de verticale stijfheid van de keerwand bij de berekening van de krachtsverdeling in het storings- gebied in de lange richting is niet groter dan die van de keerwand bij de berekening in de korte richting; (ii) de normaalkracht in het storingsgebied in de lange richting is niet klei\?ner dan in de korte richting. Indien in de korte richting is aangetoond dat bezwijkmechanisme B voldoet (toetst B2 \?of B3 van 8.2.1) is het niet nodig om de krachtsverdeling in de lange richting in het ran\?dstoringsgebied te bepalen en te toetsen als aan de voorwaarden (iii) en (iv) wordt voldaan: (iii) de tussenafstanden van de trekelementen in de lange richting zijn niet groter dan in de korte richting; (iv) de normaalkracht in het storingsgebied in de lange richting is niet klei\?ner dan in de korte richting. In alle andere gevallen moet de krachtsverdeling in de lange richting in\? het randstoringsgebied worden bepaald en getoetst zoals beschreven voor de korte richting. Toelichting Als aan voorwaarde (i) wordt voldaan zijn de opbollende momenten in het randstoringsgebied in de lange richting niet groter dan in de korte richting. Indien tevens aan voorwaarde (ii) wordt voldaan zijn de buigtrekspanningen in het randstoringsgebied in de lange richtin\ g niet groter dan in de korte richting. Indien voor die situatie in de korte richting is aangetoond dat bezwijkmechanisme A voldoet, zal dat bezwijkmechanisme zeker ook in het storingsgebied in de lange richting voldoen. Zo'n soort redenering geldt ook indien in de korte richting is aangetoond dat bezwijkmechanisme B voldoet: indien dan aan voorwaarden (iii) en (iv) wordt voldaan is\ de capaciteit van bezwijkme- chanisme B in het storingsgebied in de lange richting niet kleiner dan i\ n de korte richting, en zal dus ook voldoen. Hierbij moet voor de normaalkracht in het randstoringsgebied bedacht wor\ den dat de laagst mogelijke waarde moet worden aangehouden, rekening houdend met eventuele fasering. Voor lange bouwputten worden vaak compartimenteringswanden toegepast. Wanneer de kuipen aan weerszijden van de compartimenteringswand zijn drooggezet zal de normaal\ kracht uit de com- partimenteringswand wegvallen. Zie ook "Ontlasting kopwand door droogzetten aangrenzende bouwkuip" in 7.3. In geval van een lokale verdieping (bijvoorbeeld ten behoeve van ee\ n water- kelder onder de rijvloer) komt het zelfs voor dat er ankers opgenomen worden om de comparti- menteringswand te verankeren in de onderwaterbetonvloer; er wordt dan dus juist een trekkracht uitgeoefend op de vloer. 7.4.1 Krachtsverdeling in de lange richting De onderwaterbetonvloer dient te worden beschouwd als een vrij opgelegde\? ligger op twee steun- punten (trekelementen). Het maatgevende moment M dient te worden berekend als: M = q ? L y 2 / 8 waarin: q is de resulterende opwaartse belasting in de belastingcombinatie volgens\ 4.2.4 L y is de h.o.h. afstand van de trekelementen in de lange richting. Toelichting Indien zou worden uitgegaan van het werkelijke moment zou de factor 1/8 kunnen worden vervangen door 1/12, maar dan zouden ook krimp- en temperatuurspanningen\ moeten worden meegenomen. Voor de eenvoud is er voor gekozen om deze effecten te ondervangen met de factor 1/8. Hiermee is tevens altijd evenwicht mogelijk als ligger op tw\ ee steunpunten. In het CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 33 algemeen zal de wérkelijke krachtswerking in de lange richting in het middengebied nooit maat- gevend zijn ten opzichte van de korte richting. Er mag niet worden gerekend op de aanwezigheid van een normaaldrukkracht N. Toelichting De drukkracht die op de vloerrand wordt uitgeoefend zal in het algemeen \ gering zijn. Bovendien verdwijnt een groot deel daarvan naar de omgeving; niet alleen via de tr\ ekelementen naar de ondergrond maar ook via de keerwanden in de lange richting naar de achterliggende grond. Vei- ligheidshalve is de in rekening te brengen normaaldrukkracht op nul gesteld. 7.4.2 Krachtsverdeling in de korte richting Voor de korte richting zijn de volgende twee bezwijkmechanismen relevant. Bezwijkmechanisme A De onderwaterbetonvloer dient te worden geschematiseerd tot een vloerstr\?ook die als doorgaande ligger over verende steunpunten wordt beschouwd, met de volgende kenmerken: 1. de ligger gedraagt zich ongescheurd, lineair-elastisch met een elasticit\?eitsmodulus volgens hoofdstuk 6; 2. de dikte van de ligger is hgem ; 3. de breedte van de ligger is de eenheid van breedte; 4. de verticale stijfheden van de veren zijn de stijfheden van de trekelementen betrokken op de breedte van de strook; 5. de verticale veerstijfheden zijn gelijk aan de referentiewaarden verme\?nigvuldigd met of gedeeld door de variatiefactor, zodanig dat voor de onderwaterbetonvloer de meest ongunstige situatie \? ontstaat; 6. zowel deze referentiewaarden als de variatiefactoren dienen oordeelkundi\?g te worden vast- gesteld, waarbij voor de variatiefactoren geen lagere waarde dan ?2 in rekening mag worden gebracht, tenzij op basis van nadere (geotechnische) beschouwingen lag\?ere waarden verant- woord zijn; 7. ter plaatse van de keerwand wordt de onderwaterbetonvloer gesteund door de verticale keer- wandveer; 8. de verticale belasting op de ligger volgt uit de belastingcombinatie vol\?gens 4.1.4; 9. ter plaatse van de keerwand werkt op de ligger een excentrische drukkracht met een grootte van 0,9 ? Fstempel,k , met opwaartse excentriciteit hmin /4 ; 10. voor Fstempel,k dient de kleinst mogelijke waarde (ondergrens) in de bruikbaarheidsgrenstoestand te worden aangehouden; deze kan worden bepaald volgens bijlage B4. Toelichting Deze Aanbeveling geeft geen regels voor het bepalen van de referentiewaa\ rden van axiale veer- stijfheden van de trekelementen. De constructeur dient deze oordeelkundig te bepalen, waarbij geadviseerd wordt een geotechnicus in te schakelen. In bijlage B3 wordt, ter informatie en als handreiking, een mogelijke bepalingsmethode aangegeven voor enkele specifieke situaties. Voor ankerpalen wordt verwezen naar CUR 236, waarbij voor het begrip "represe\ ntatief " moet worden gelezen: "karakteristiek". Op het moment dat de resultaten van de in 2013 ingestelde SBRCURnet -commissie "Axiale veerstijfheid ankerpalen" beschikbaar komen, prevaleren die resul- taten boven CUR 236. Voor diepwanden kan eenvoudigheidshalve worden uitgegaan van een oneindig grote veerstijfheid (gebaseerd op een groter eigen gewicht d\ an de opwaartse belasting). Ook de variatiefactoren, waarmee onzekerheden betreffende de werkelijke waarde van de veer- stijfheden in rekening worden gebracht, dienen oordeelkundig te worden vastgesteld. Met v\ ariatie wordt hierbij bedoeld: variatie per type trekelement, dus bijvoorbeeld de keerwand stijver en de CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 34ankerpalen slapper (dus niet de ene trekpaal stijf en de andere trekpaal s\ lap); ook het geval van een slappere keerwand en stijvere ankerpalen kan mogelijk maatgevend zijn voor bepaalde toet- singen. In het algemeen wordt aanbevolen om voor de variatiefactoren ten\ minste ? 2 te hanteren. Bij keerwanden die zijn verankerd met schuin neerwaartse ankers dient rekening te worden gehouden met de vergrotende invloed hiervan op de axiale stijfheid van\ de keerwand. De stijfheid van een trekelement neemt af bij een toenemend belastingniveau; bij de schemati- sering dient dit effect onderkend te zijn. Aanbevolen wordt om bij een berekend belastingniveau groter dan 50% van de trekcapaciteit de aangenomen stijfheid aan te passen aan het belasting- niveau. Hieruit dient de verdeling van de buigende momenten MEd te worden bepaald. De bijbehorende normaaldrukkrachten NEd moeten worden berekend uit: NEd = 0,9 ? F stempel,k - ?N Ed waarin: ?N Ed is het verlies van normaaldrukkracht, te bepalen volgens de toegepaste \?mechanica. Toelichting Deze verliezen treden op omdat een deel van de normaaldrukkracht in de o\ nderwaterbetonvloer "verdwijnt" naar onderliggende trekelementen en/of (in zeldzame gevallen) naar de grond direct onder de vloer. Met een eenvoudige analyse op basis van de toegepaste mechanica en ins\ chat- tingen van de stijfheid van de omgeving kunnen de verliezen worden bep\ aald. Omdat de omge- vingsstijfheid in het algemeen zeer veel kleiner is dan de axiale vloe\ rstijfheid, zijn de verliezen meestal te verwaarlozen. Alleen bij zeer grote afstand tot de keerwand waar de stempelkracht werkzaam is, kunnen de verliezen relevant worden. Bezwijkmechanisme B Voor de uiterste grenstoestand moet voor de rekenwaarde van de belastingen getoetst worden of in een veld tussen twee trekelementen nog boogwerking mogelijk is. Een voorafgaande berekening van de ligger op verende steunpunten is hierbij niet nodig. Het maatgeve\?nde buigende moment in de uiterste grenstoestand wordt berekend uit: MEd = q Ed ? L x 2 / 8 waarin: qEd is de resulterende opwaartse belasting in de combinatie volgens 4.1.4 L x is de h.o.h. afstand van de trekelementen in de korte richting. Toelichting Dit is het buigende moment dat door het statisch bepaalde drukboogsystee\ m in het midden van de overspanning moet worden opgenomen. De capaciteit van het drukboogsys\ teem is aangege- ven in 8.2.1. De bijbehorende normaaldrukkracht NEd dient op dezelfde wijze te worden berekend als bij bezwijk - mechanisme A. Het is onder bepaalde voorwaarden toegestaan om een toename van de norma\?aldrukkracht NEd ten gevolge van membraanwerking, ?F Ed, in rekening te brengen. Hierbij geldt het volgende: 1. ?F Ed is de kracht die de keerwand op de onderwaterbetonvloer uitoefent indien de keerwand wordt ingedrukt tegen het grondmassief in door vervorming van de vloer v\?olgens mechanisme B; 2. de keerwandveer, membraanveer genoemd, waarmee dit gedrag van de keerwand kan worden geschematiseerd, moet worden bepaald door uit te gaan van de BGT-veer en vervolgens voor iedere waarde van de indrukking ?u de uit die BGT-veer volgende ?F te delen door een materi- aalfactor 2,0; CUR-Aanbeveling 77:2014 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren 35 3. die BGT-veer is de lage representatieve keerwandveer, en kan worden bepaald volgens bijlage B4; 4. er moet rekening worden gehouden met geometrische niet-lineaire effecten, o.a. met het kleiner worden van de inwendige hefboomsarm bij toenemende vervorming van het \?mechanisme; 5. er moet worden aangetoond dat een resulterende verticale belasting qEd door het mechanisme kan worden opgenomen (zie ook 8.2.1) waarbij de capaciteit qRd met een extra veiligheidsfactor 1,2 wordt gereduceerd; 6. ?F Ed moet worden gereduceerd bij waterdrukken met een stijghoogte groter dan 5,0 m boven bovenkant onderwaterbetonvloer; indien de stijghoogte groter is dan 10,0 m boven bovenkant onderwaterbetonvloer moet ?F Ed = 0 worden verondersteld; indien de stijghoogte ligt tussen 5,0 m en 10,0 m boven bovenkant onderwaterbetonvloer mag de reductiefactor lineair w\?orden geïn- terpoleerd tussen 1 en 0; deze reductiefactor wordt ?rN genoemd. Toelichting Naast het verlies zal in de UGT ook sprake zijn van een toename van de normaaldrukkracht, en wel door membraanwerking. D