Gewapend-betonwerken op een diepte van 540 mdoor Ir. C W. J. GrootholfIn de Nederlandse steenkoolmijnJulia van de Soc. An. Laura etVereniging te Eijgelshoven is op540 m diepte een nieuwe verdiepingin aanleg.De voornaamste ruimten als laad-plaatsen, hoofdsteengangen metsplitsingen en kruisingen daarvan,watergalerij, pompenkamer, loco-motiefremise, magazijn, enz. wordenuitgevoerd in gewapend beton.Foto 1 geeft een blik in de reedsgereed gekomen pompenkamer, ge-zien vanuit een aansluitende steen-gang van 3,00 m breedte. De pom-penkamer zelf heeft een inwendigebreedte van 5,10 m. De afdekkingheeft een half cirkelvormige door-snede.I. UITVOERINGDe uitvoering van betonwerken on-dergronds brengt uiteraard anderemoeilijkheden dan bovengronds metzich mede. Het beton moet tegenhet gesteente worden gestort, waar-bij holle ruimten zijn te vermijden.Meestal werden daarvoor slechtskorte stukken tegelijk gebetonneerden werd de ruimte boven in de nokmet de hand zo goed mogelijk metdroge specie aangestopt.Bij de werken op de mijn Julia, dieworden uitgevoerd onder leidingvan de mijn-ingenieur Ir. Pick?e,is echter gebruik gemaakt van eenbetonpomp met horizontale cylinder,waardoor veel grotere stukken tege-lijk kunnen worden gebetonneerd.Tussen de betonmolen (foto 5) ende verdiept opgestelde betonpomp(foto 6) is nog een roerwerk in eentrechter ingeschakeld om een regel-matige toevoer naar de pomp tewaarborgen.De kwaliteit van het betonwerk wasuitstekend. Zelfs de op foto 1 zicht-bare consoles voor oplegging vande kraanrails kwamen feilloos uitde bekisting.Het buigen van het wapeningsstaalgeschiedde eveneens ondergronds(foto 2).Overigens geven de foto's 3, 4, 7, 8en 9 een beeld van de verschillendewerkzaamheden.47foto 3. het aanbrengen van debuitenwapening tegen het gesteentefoto 5. opstelling der betonmolenfoto 4. De nog vrij lange wapeningsstaven worden achterde reeds opgestelde formelen voor de bekisting gestoken.48foto 6. opstelling van betonpompmet roerwerk daarbovenII. BEREKENINGEN CONSTRUCTIEWanneer wij het gemiddelde ge-wicht van de bovenliggende grond-en steenlagen stellen op 2 t/m2, danis op 540 m diepte de druk 2 x 540 == 1080 t/m2of 108 kg/cm2.Hield men op die diepte een zeergrote ruimte open, dan zou menvoor de bekleding hiervan inder-daad op een belasting van 1080 t/m2moeten rekenen.Wanneer er wel eens een pogingwerd gedaan voor ondergrondse be-tonwerken een berekening op tezetten, dan werd zekerheidshalvedoor de mijningenieur meestal ookdeze hydrostatische druk als belas-ting opgegeven voor open te houdenruimten van beperkte omvang. Hetgevolg was dan, dat maar van eenberekening werd afgezien om niettot fantastische constructies tekomen.Wanneer iemand met constructieveervaring echter wandelt door mijn-gangen, waarvan de bekledingennooit berekend, doch alleen naarintu?tie en ervaring zijn opgebouwd,zal hij gauw bemerken, dat dezezeker niet in staat zijn, belastingenter grootte van de hydrostatischedruk op te nemen.Blijkbaar wordt bij het maken vaneen holle ruimte de hierdoor nietdirect door te leiden druk doorhet naastliggende gesteente medeovergebracht. Alleen voor zover hetgesteente hierbij te kort schiet, moetde bekleding deze functie over-nemen.Voor de constructeur, die een be-kleding voor een in het gesteentegebroken open ruimte moet ontwer-pen, is het natuurlijk alleen van be-lang te weten, welke belastingendoor het gesteente op de bekledingworden uitgeoefend, dus de uit-wendige krachten. De inwendigespanningen in het gesteente zelfrondom de open ruimte interesserenhem alleen voor zover hij die nodigzou hebben om de eerstgenoemdebelastingen te kunnen bepalen.Het vraagstuk van de omvang vande gebergtedruk is nog steeds onder-werp van studie en discussies.Door de tunnelbouwers is dit reedsaangepakt lang v??r de mijnbou-wers ermede begonnen. Laatstge-noemden hebben zich vooral gewijdaan de inwendige spanningen in hetgesteente zelf. De tunnelbouwerszochten uiteraard ook naar de be-lastingen op de bekleding.De geoloog Heim schreef in 1878,,Der Mechanismus der Gebirgbil-dung", waarin hij de theorie ont-wikkelde, dat de gesteentedruk nade totstandkoming van de tunnel inde loop der jaren (afhankelijk vande aard van het gesteente) toeneemttot het totale gewicht van de zuilsteen en grond boven de tunnel totaan het aardoppervlak. Na verloopvan 10, 20, 50 of meer jaren zou dedruk dan toenemen en ook alzijdigworden als bij een vloeistof.Heim stelde dan ook voor, tunnelsallemaal een cirkelvormige door-snede te geven en te berekenen alsofde steen vloeibaar ware. Zoals reedsgezegd, zou dit in de praktijk totfantastische constructies hebbengeleid.Een geheel andere theorie ontwik-kelden o.a. Culmann, Ritter,Engeszer, Kommerell en Bier-baumer.Deze gingen allen uit van de ver-onderstelling, dat zich boven hettunnelprofiel een spanninglooslichaam kan vormen, dat alleen on-der invloed van het eigen gewichtstaat. Uit de hierbij afgeleide for-mules, waarvan Baumstark inde Duitse Betonkalender (bijv. indie van 1930) een samenvattinggeeft, blijkt dat reeds op betrekke-lijk geringe diepte onder het maai-veld de druk op het tunnelgewelfniet meer toeneemt bij nog verderevergroting van de diepte.Hetzelfde wordt bij de berekeningvan riolen reeds lang erkend.Fig. 10 geeft de constructie vanhet bovenbedoelde ,,spanningloze"lichaam. Dit wordt begrensd doorde beide glijvlakken, van de onder-zijde der wanden uit getrokken, eneen ellips (de z.g. drukellips), waar-van de horizontale as wordt ge-vormd door de horizontale lijn terhoogte van de top van het gewelffig. 10. belasting van een tunnelprofiel50tussen de snijpunten met de glij-vlakken en de halve andere as doorde hoogte van het z.g. ,,spanning-loze" lichaam.Kommerell bepaalt deze hoogteuit metingen van de zakkingen vanhet dak van de uitgebroken ruimtev??r de bekleding is aangebracht.Genoemde betonkalender geeft vooreen tunnel de volgende waarden:tunnelafmetingenbreedtein mhoogtein mhoogte voor dedrukeliips in m5,20 4,00 12--148,00 8,00 21--2412,00 8,00 27--30Dit zijn dus alle belastingen vanenige tientallen en nooit van hon-derd of duizentallen tonnen per m2.Bij de bouw van de Rathonya-tunnelheeft Gr?ger de gesteentedruk opverschillende plaatsen gemeten; hijvond nooit meer dan 60 t/m2, watdus goed met de theorie klopt.De gebergtedruk is dus afhankelijkvan de aard van het gesteente, vande afmetingen van de ingebrokenruimte, doch niet van de diepteonder het aardoppervlak.Toen in 1892 met de bouw van deSimplontunnel een aanvang zouworden gemaakt, is nog eens zwaarover de theorie van Heim gedis-cussi?erd; zij heeft het echter af-gelegd. De Simplontunnel heeftoveral dezelfde bekleding gekregen,zowel vlak bij de uitgangen, evenonder maaiveld, als 2 000 m daar-onder.Men is het er nu wel algemeen overeens, dat de theorie van Heim mis-schien opgaat voor zeer grote (geo-logische) diepten, maar niet voordiepten, waar nog mensen kunnenwerken.De berekening van de betonwerkenvoor de 540 m verdieping van demijn Julia is dan ook gebaseerd opde principes van Kommerell c.s.De hoogte van de drukeliips is ech-ter voor de verschillende profielenniet door opmeting bepaald, dochgeschat in vergelijking met de hier-voor uit de betonkalender overge-nomen waarden.Daar onsymmetrische belastingenvoor gewelven altijd schadelijkerzijn dan symmetrische, is de druk-eliips ook onsymmetrisch boven hetprofiel aangenomen, waarbij duszijdelingse gesteentedruk vanslechts ??n zijde werd veronder-steld. Het natuurlijk talud werd op45? gesteld.In fig. 11 zijn voor drie profielenvan 3,00, 4,00 en 5,60 m breedte debelastingen getekend. Deze zijn een-voudigheidshalve teruggebracht op4 belastinggevallen, welke in de-zelfde figuur zijn aangeduid.Voor deze gevallen zijn voor de ver-schillende doorsneden steeds degrootste momenten, enz. gecombi-neerd.Passieve gesteentedruk tegen wan-den en gewelf is steeds verwaar-loosd. Alle belastingen zijn overge-bracht naar de fundaties onderaande wanden.Het is duidelijk, dat een dergelijkeopeenhoping van alle ongunstigsteomstandigheden uiterst zelden kanvoorkomen. Bij de dimensioneringzijn dan ook de spanningen 120/2400toegelaten.Men zou de vraag kunnen stellen,of het nog wel zin heeft, een be-rekening op te stellen voor een con-structie, wanneer de optredende be-lastingen op een dergelijke wijzemoeten worden benaderd.Hierop is te antwoorden, dat ookbovengronds de werkelijk optre-dende belastingen in de berekeningslechts benaderd worden. Algemeengebruikelijk is het, voor vloeren endaken een gelijkmatig verdeelde be-lasting aan te nemen, hoewel dieeigenlijk nooit optreedt.Door de ervaring weet men, dat menvoor woonhuizen met een gelijk-matig verdeelde belasting van 200kg/m2goed uitkomt. Of de bewonernu een brandkast heeft of een spaar-bankboekje, daar kan men verdergeen rekening mee houden.Eigenlijk zijn reservoirs e.d. deenige bouwwerken, die precies wor-den belast, zoals zij ook werden be-rekend.Het feit, dat men niet precies weet,of het ,,spanningloze" lichaam aldan niet werkelijk gevormd zalworden, of dat men niet met zeker-heid kan zeggen of de hoogte van dedrukeliips 10 of 12 m zal bedragenof de hoek van het natuurlijk talud40? of 45?, mag niet het motief zijn,om dan maar helemaal, geen bere-kening te maken of om belasting-aannamen te kiezen, die tot fantas-tische constructies leiden.Het grote voordeel van een statischeberekening, ook al is deze niet vol-maakt met de werkelijkheid in over-eenstemming, is gelegen in de goedeverhoudingen, die men krijgt. Eenketting is zo sterk als de zwaksteschakel en bij construeren volgensintu?tie komen de zwakste schakelsvaak op de gevaarlijkste plaatsenvoor.fig. 11. belastingaannamen voor de profielen3,00 m, 4,00 m en 5,60 m wijd51De figuren 12, 13 en 14 geven vande profielen van 3,00, 4,00 en 5,60 mbreedte de afmetingen en de wape-ning. Daarbij valt op te merken, datalle bogen een straal hebben van2,40 m. in het profiel van 5,60 mbreedte is tussen de beide bogenvan 2,40 m een recht stuk inge-schakeld1).Dit is eensdeels gedaan om overaldezelfde formelen te kunnen gebrui-ken en anderdeels om gemakkelijkeovergangen te kunnen maken tussende profielen onderling, wat bij split-singen, kruizingen e.d. voorkomt.Momenteel is men op de mijn Juliabezig met een dergelijk splitsings-punt. Wanneer dit gereed is, zal ookdaarvan de constructie worden be-schreven.1) In afwijking hiermede is de pom-penkamer (zie foto 1) afgedekt meteen gewelf met een straal van 2,55 m.Deze pompenkamer was het eerstewerk, dat in gewapend beton werduitgevoerd en de voorbereidingenvoor een uitvoering in metaalwerkwaren reeds begonnen. Anders washet ook mogelijk geweest hier destraal van 2,40 m toe te passen.52fig. 12. afmetingen en wapening van 3,00 m profiel wijdfig. 13. afmetingen en wapeningvan profiel 4,00 m wijdfig. 14. afmetingen en wapening van profiel 5,60 m wijd
Reacties