Constructieve vormgevingDHV Raadgevend Ingenieursbureau BV,Amersfoort, Hoofdafdeling Constructies enGeotechniekOntwikkelingen in de constructieve vormgeving vanzuiveringsinrichtingenInleidingWaar de hoofdlijnen en vormen van elementen van zuiveringsinrichtingen in belangrijke mateworden bepaald door hydraulische, procestechnologische, uitvoeringstechnische, estheti-sche en economische randvoorwaarden, concentreert de constructieve vormgeving van zuive-ringsinrichtingen zich in belangrijke mate op het ontwerp van de funderingen en dedetailleringvan de aangereikte functionele vormen. Kennis van zaken van hetprocestechnologische enhydraulische ontwerp is voor de constructeur daarbij onmisbaar (1,2 en 3).In tabel 1is systematisch aangegeven welke constructie-typen bij de onderdelen van zuive-ringsinrichtingen toepasbaar zijn.Tabel 1Toepasbare constructietypen bij onderdelenvan zuiveringsinrichtingenUitgangspunten voor de constructieve vormgevingElementaire uitgangspunten, die van invloed zijn op de constructievevormgeving van onderde-len van zuiveringsinrichtingen zijn onder meer:? de hoogteligging van de inrichting en haar onderdelen in samenhang met de geotechnischeaspecten van de fundering;? het beheer en onderhoud van de inrichting;? de aard van het influent;? de waterdichtheidseisen van verschillende onderdelen.IgroteafmetingenrechthoekigeonderdelenIrkleineafmetingenrondeonderdelen__I II Igeringe grote geringe grote geringekantdiepte kantdiepte kantdiepte kantdieptegeringe (geringe)kanrepte kanrptetype constructie Monoliete Losse ringwand Wand door Wand door Losse ringwand Monoliete Wanden door Wand doorconstructie met flexibele verticale verticale met flexibele constructie verticale verticaleoplegstrip voegen voegen oplegstrip voegen voegengeplaatst op verdeeld in verdeeld in geplaatst op verdeeld in verdeeld inmonoliete vloer. stukken, die stukken die monol iete vloer. stukken die stukken die uitWand uitkragen vanuit uitkragen vanuit Wand uitkragen vanuit kragen vanuitafhankelijk van vloer. Vloer: voetplaat Vloer afhankelijk van vloer. Vloer voetplaat Vloerkantdiepte: afhankelijk van bestaat uit losse kantdiepte: afhankelijk van bestaat uit lossevoorgespannen fundatietype al al of niet voorgespannen fundatietype al al of nietof niet voorzien gewapende of niet voorzien gewapendevan betonplaten van betonplatenkrimpstroken of krimpstroken ofdilatatievoegen dilatatievoegenslibindikker bezinktankslibindikkertoepasslnq slibgistingstank bezinktank bezinktank putten beluchtings- beluchtings-bezinktank (slibindikker) (slibindikker) slibgistingstank circuit circuitfundatietype staal/palen staal/palen staal/palen staal staal/palen staal/palen staal/palen staalCement XXXII (1980) nr. 9 521Geotechnische aspectenZettingen en zettingsverschillenDe aanwezige bodemopbouw met specifieke grondeigenschappen is in hoge mate bepalendvoorde keuzevan deconstructievorm, in hetbijzondervoorde in degrond gelegen onderdelen.Het totale gewicht van de constructie moet worden vergeleken met het gewicht van deuitkomende grond uit oogpunt van korrelspanningsverhoging op funderingsniveau.Een spanningsverhoging zal immers leiden tot zettingen ?n hiermee samenhangende zettings-verschillen, waarvan de grootte afhankelijk is van de samendrukbaarheid van de grond envoorbelasting. De voor de constructie aanvaardbare zettingen en zettingsverschillen wordenonder meer bepaald door de functionele eisen van het betreffende onderdeel.Indien uit de resultaten van het geotechnisch onderzoek blijkt, dat de te verwachten zettingenc.q. zettingsverschillen te groot worden. dan moeten er maatregelen worden genomen in devorm vaneen grondverbetering of een fundering op palen.Als richtlijn voor toelaatbare zettingen enzettingsverschillen zijn numerieke indicaties peronderdeel nader aangegeven in tabelTabel 2Indicaties voor toelaatbare zettingen enzettingsverschillen, uitsluitend uit oogpuntvan functionele eisenbeluchtingscircuitbezinktankzandvangervijzelgemaalsi ibindikkeroxydatiebedbedrijfsgebouwsi ibgistingstanktoelaatbarezettingmm100-150100-150100-150100-15050-10050-10050-100toelaatbaarzettingsverschilmrn/rnrn1/1001/5001/1001/100 ? 1/3001/100 ? 1/3001/3001/300 ? 1/1001/3001Maatregelen opdrijven bij hogegrondwaterstand te voorkomenToleranties in hoogteligging en scheefstand van de slibindikkerDe slibindikker is in hydraulisch opzicht een op zichzelf staand onderdeel. waarbij een kleineafwijking van de hoogteligging meestal geen hinder geeft in hetzuiveringsproces.ln verbandhiermee kan een gelijkmatige afwijking, bijvoorbeeld door zettingen van 10 cm. nog alsaanvaardbaar worden beschouwd. Uiteraard zullen dan wel maatregelen moeten wordengenomen om de aansluitende leidingen te beschermen.De overstortrand van de afvoergoot moet in dat geval echter zuiver horizontaal gesteld kunnenworden om gelijkmatig afvloeien van water te waarborgen.Naast esthetische eisen wordt de maximale scheefstand dus bepaald door de nastelbaarheidvan de overstortrand.Beheer en onderhoudVoor controle en onderhoud van de verschillende onderdelen van de zuiveringsinrichtingmoeten deze leeg gezet kunnen worden. Om gevaar van opdrijven van in de grond gelegenonderdelen bij hoge grondwaterstand te voorkomen kunnen de volgende maatregelen wordengetroffen (fig. 1):1. het toepassen van een gewichtsconstructie; dit is te realiseren door:? (monoliete) constructie met ballastvloer,? (monoliete) constructie met trekpalen of grondtrekankers (4);2. het tijdelijk verlagen van de grondwaterspiegel.Voor het verlagen van de grondwaterspiegel bestaar. de volgende mogelijkheden (fig. 2):? een horizontaal drainagesysteem onder het desbetreffende onderdeel;? een vacu?mbemaling al of niet gecombineerd met een horizontaal drainagesysteem;? eenspanningsbemaling al of nietgecombineerd metzandpalen ofeen horizontaal drainagesys-teem.Het toe te passen systeem is afhankelijk van de bodemopbouw en moet worden bepaald inoverleg met degeotechnisch adviseur.De grondwaterstandsverlaging wordt met (tijdens de bouw geplaatste) peilbuizen gecontro-leerd. Pas wanneer is vastgesteld dat de grondwaterstand voldoende is verlaagd. mag wordenovergegaan tot het leeg zetten van het desbetreffende onderdeel.Cement XXXII (1980) nr. 9 522ballas tv1 trekpalen trekankers2Mogelijkheden om de grondwaterspiegel teverlagen3Constructie springluikhorizontaal drainagesyst. vacuumbemaling spann ingsbemalingdensabandasbestcement laatOnderhoud voor- en nabezinktankDeze tanks moeten te allen tijde kunnen worden drooggezet. Indien vaste ruimerbruggenworden toegepast, moet regelmatig de zich onder water bevindende apparatuur wordenge?nspecteerd. Bij ophaalbare ruimers vindt inspectie boven water plaats. Toch moet deze tankook leeggezetkunnen worden voor inspectie van de afwerkvloer. De frequentie van hetleegzettenis echter laag, zodat ook hier het tijdelijk verlagen van de grondwaterstand uiteconomische overwegingen het meest VOorde hand ligt.Onderhoud beluchtingscircuitHet droogzetten van het beluchtingscircuit wordtbepaald door de methode van beluchten.Past men puntbeluchters toe (dit is onder meer het geval bij het beluchtingscircuit typecarrousel) dan behoeft de tank nooit te worden drooggezet. Anders wordt het bij het bellenbe-luchtingssysteem. Hierbij worden op de bodem van de tank beluchtingselementen geplaatstdiemoeten kunnen worden ge?nspecteerd. Bij het systeem met vaste elementen moet het circuitkunnen worden leeggezet. De frequentie is echter zo laag dat tijdel ijk verlagen van de grondwa-terspiegel hier het meest economisch is.Mocht om een of andere oorzaak debemaling van het drainagesysteem uitvallen, dan zorgen opregelmatige afstand geplaatste springluiken in de vloer ervoor, dat de constructie niet zalopbarsten of opdrijven (fig. 3).De keuze van de diverse mogelijkheden wordt bepaald door:1. de eisen van de opdrachtgever: het zonder grondwaterstandverlaging leeg kunnen zetten vaneen onderdeel is een voordeel uit oogpunt van bedrijfsvoering;2. de mogelijkheden ten aanzien van grondwateronttrekking en lozing;3. het programma van beheer en onderhoud.delail springluik. -,s?bcon.zend- .?: ?.Onderhoud tridikkerHet ingedikte slib wordt na verloop van tijd weggepompt. De frequentie hiervan is zodanig, dathet tijdelijk verlagen van de grondwaterstand te omslachtig is in de bedrijfsvoering. In normalegevallen wordt de slibindikker daarom zo hoog gezet, dat geen gevaar voor opdrijven bestaat.Mocht dit niet mogelijk zijn, dan wordt de slibindikker als gewichtsconstructie uitgevoerd.De aard van het influentWaar de chemische aantasting van biologische zuiveringsinrichtingen in het algemeen geenextreme eisen aan de constructieve vormgeving stelt, zal toch van geval tot geval moetenworden nagegaan ofhet influent niet van dien aard is, dat specifieke beschermingsmaatregelennoodzakelijk zijn. Van belang zijn daarbij:? de temperatuur van het influent en de daardoor veroorzaakte temperatuursgradi?nt in debetonconstructies;? de (chemische) agressiviteit van het influent.Ten aanzien van de agressiviteit wordt in de VB 1974 geen du idel ijke definitie gegeven. Bedoeldwordt in art. A-706 de agressiviteit met het oog op de corrosie van het wapeningsstaal.Onderscheid zou echter moeten worden gemaakt in-- agressiviteit van het influent met betrekking tot de wapeningscorrosie, die leidt totscheurwijdte-beperkende maatregelen of corrosiebeschermende voorzieningen;- agressiviteit van hetinfluent met betrekking tot debetonaantasting, die leidt tot betonbescher-mende voorzieningen.Eensluidende oplossingen voor bovenstaande problemen zijn moeilijk te geven en moetenworden afgestemd op elke specifieke situatie in het ontwerp. nelk geval zal indetoekomstbi jdetoename van overkappingen van de inrichtingen en bij de bouw van industri?le zuiveringsin-richtingen aan de aard van het influent bijzondere aandacht moeten worden geschonken.WaterdichtheidseisenOf een bepaald onderdeel van een zuiveringsinrichting al dan niet waterdicht moet zijn, is eenvraag d ie niet zonder meer kan worden beantwoord. Het spreekt vanzelfdat een lekkage niet vandien aard mag zijn dat de functie van het onderdeel daardoor in gevaar komt. Het al dan nietwaterdicht moeten zijn wordt ondermeer bepaald dooreen drietal naderte noemen factoren.HoogteliggingAan hoog gelegen onderdelen zullen strengere waterdichtheidseisen gesteld moeten wordendan aan in de grond gelegen onderdelen, omdat lekkages bij hoog gelegen onderdelenhinderlijk en esthetisch minder gewenst zijn (esthetische eis).Cement XXXII (1980) nr. 9 523Cement XXXII (1980) nr. 9Toegevoegde functie van een constructie-element van een onderdeelAan een vloer van een hooggelegenbezinktank waaronder bedrijfsruimten zijn geprojecteerd,zullen bijvoorbeeld strengere waterdichtheidseisen gesteld moeten worden dan aan een vloervan een in de grond gelegen bezinktank (functionele eis).Gevolgen van lekkages voor het milieu (grondwater)Aan een industri?le zuiveringsinstallatie zullen in het algemeen grotere waterdichtheidseisengesteld moeten worden dan aan een rioolwaterzuiveringsinstallatie. Industrie-afvalwater kannamelijk stoffen bevatten die het grondwater sterk verontreinigen (om dezelfde reden zullenaan bepaalde onderdelen van rioolwaterzuiveringsinrichtingen in bijv. een waterwingebiedhoge waterdichtheidseisen gesteld moeten worden) (milieutechnische eisen),Het hierna volgende wordt beperkt tot constructies waaraan (bepaalde) eisen ten aanzien vanwaterdichtheid zijn gesteld.De mogelijkheden om lekkages zoveel mogelijk te voorkomen concentreren zich' op:e betontechnologische maatregelen;euitvoeringstechnische maatregelen;e constructieve maatregelen (beperking scheurvorming en toepassen van voegen).Voor een nadere toelichting op debetontechnoloqische en uitvoeringstechnische maatregelenwordt verwezen naar (5, 6, Yen 8).Constructieve maatregelenBeperking van de scheurvormingNaast esthetische bezwaren heeft scheurvorming de volgende technische bezwaren:everhoogde waterdoorlatendheid;e toenemend gevaar voor wapeningscorrosie.Wordt de invloed van de scheurvorming op de waterdichtheid nader bekeken, dan moetonderscheid worden gemaakt in doorgaande scheuren en scheuren over een gedeelte van dedoorsnede.Overigens zijn nog weinig concrete gegevens bekend over het verband tussen de mate vanscheurvorming en de waterdichtheid. Verondersteld mag worden dat:e de hoogte van de betondrukzone ende scheurwijdte een rol spelen;e het gevaar van lekkage bij doorgaande scheuren groter isdan bij scheuren over een gedeeltevan de doorsnede;e wapeninqscorrosle op den duur een ongunstige invloed op de waterdichtheid heeft.Scheurvorming hangt in elk geval samen met uitwendige belastingen en opgelegdevervormin-gen.Opgelegde vervorming, veroorzaakt door hydradatiewarmte en krimp van het beton, zullendoorgaande scheuren veroorzaken en dus een groot gevaar voor de waterdichtheid vormen.Als constructieve maatregelen om scheurvorming te beperken kunnen worden genoemd: hetbijleggen van wapening en het voorspannen.(Extra) wapeningDoor juiste keuze van de wapening, aangegeven in artikel E-508 van de VB'74, kan descheurwijdte door uitwendige belasting worden beperkt.De samenhang tussen de hoeveelheid wapening en de scheurwijdte veroorzaakt door krimpenhydradatiewarmte met name in de wandNloerverbinding, is onderzocht door CUR-commissieC 20 en vastgelegd in (8). Wellichtten overvloede wordt nog vermeld datscheurvorming niet kanworden voorkomen met extra wapening maar dat bij een doelmatig gebruik van dewapening descheurwijdte wel kan worden beperkt.VoorspannenEen losse ringwand van gewapend beton leent zich bijzonder slecht voor het opnemen vanringtrekspanningen die door de waterbelasting worden veroorzaakt. Bij uitvoering in voorge-spannen beton zullen de opgewekte trekkrachten door voorspanning worden opgenomen,waardoorbij maximale belasting geen trekspanning in het beton zullen optreden (11 en 12)..Bij rechthoekige tanks zou overwogen kunnen worden na het storten van de wand, de vloer infasen voor te spannen. Hierdoor kan het fasekrimpverschil tussen vloer en wand wordenweggespannen. Deze constructiewijze biedt een minimale kans op scheurvorming door opqe-legde vervormingen en geeft dus de grootste waarborg voor waterdichtheid.Overigens moet worden onderkend dat naast waterdichtheid, de duurzaamheid van eenconstuctie bepalend kan zijn voor de beslissing omtrent de maatregelen die gericht zijn op hetbereiken van waterdichtheid.Ontwerpregels voor gewapend beton ten aanzien van waterdichtheidBeperking scheurwijdteBij het berekenen van de benodigde hoeveelheid wapening zijn de eisen ten aanzien vanscheurwijdte-beperking bepalend. Ontwerpregels met betrekking tot de waterdichtheid zijn inde VB'74 niet gegeven (de VB74 geeft uitsluitend betontechnologische maatregelen: zie art.A-603.10).De in art. E-401.4 gegeven grenswaarden voor de scheurwijdte zijn bedoeld om de kans op hetontstaan van wapeningscorrosie aanvaardbaar klein te houden.Buitenlandse voorschriften geven hier duidelijker aanknopingspunten:524Tabel 3Factor f voor het berekenen van devergelijkingsspanning v (Tabel 17 uit DIN1045)Volgens Abschnitt 17.6.3 van DIN 1045 (Verminderung der Rissbildung) moeten waterdichteconstructies naast controle op de scheurwijdte in de gebruiksfase nog gecontroleerd wordenop:ov = f(on + Om) (N/mm2)dikte van de constructie dj(mm)factor f(-)De spanningen ten gevolge van normaalkracht On (N/mm2) en het buigend moment Om(N/mm2) moeten worden bepaald in ongescheurde toestand. Treden er door opgelegdevervormingen aanzienlijke spanningen op. dan moeten deze in On resp. Om verdisconteerdworden.f is een factor die afhankelijk is van de ide?le hoogte did is de constructiehoogte (mm) van de doorsnede:a is een factor die afhankelijk is van de mate van waterdichtheid: voor normale waterdichteconstructies geldt a = 1; worden er bijzondere hoge eisen gesteld aan de waterdichtheid dangeldt a = 0,75;is de karakteristieke kubusdruksterkte na 28 dagen verharding (Nzrnrn-).10020040060011,31,61.8di + d (1 + On ) (mm)Om(tabel 3)Verder worden in de literatuur door S.Kunze en S.Ludwig (6) voor een gewapend-betonconstructie, die waterdicht moet zijn. de volgende twee aanbevelingen gedaan.Kleine waterdichte constructies kunnen worden gedimensioneerd in de ongescheurde toe-stand. De doorsnede moet worden gecontroleerd op:N MObz =k1 . bd + k2' bd2 zul obz4akt als functie van wapeningspercentage enbetonkwaliteit volgens Kunze/Ludwig (6)4bk2 als functie van wapeningspercentage enbetonkwaliteit volgens Kunze/ Ludwig (6)Hierbij wordt opgemerkt:? alleen de spanningen door de normaalkracht N (N) en het buigend moment M (Nm) uit deuitwendige belasting worden in de berekening betrokken;? k1en k2zijn factoren die afhankelijk zijn van het wapeningspercentage (fig. 4);? zul obzis de toelaatbare treksterkte van het beton (tabe/4) .2D%Ea slooiEb beton0.5 la 1.5 2.0 %wopeningspercentageo0r-II1 IIV--I/ , I I II V i : 11 i1I I V- I,1/ 1 1V V...--IiI{ V ,I I1030201009070o6050oo 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 25 26 27 29 30aantal maanden10Krimppercentage als functie van de tijdDilatatievoegenDoor de dilatatievoegen wordt de vloer in losse, constructief niet samenhangende stukkenverdeeld. Een nadeel hiervan is dat het horizontale evenwicht niet meer inwendig door deconstructie verzorgd kan worden. In het bijzonder bij een op palen gefundeerde constructiemoet hier aandacht aan worden besteed (fig. 11).In tabel 8 zijn twee principieel verschillende voegstroken aangegeven (9).Cement XXXII (1980) nr. 9 52711Horizontaal evenwicht bij een op palengefundeerde constructievloer onder helling onderwaterbelastin ggeeftextra horizontale bel.fabelBToepassingsgebieden van inwendige enuitwendige voegstrokentoepassinginwendige voegstrook uitwendige voegstrookfundatie op staal en op palen fundatie op staalvoordeelopmerkingaansluiting op voegstrook inwand is probleemlooszeer gemakkeiijkin de uitvoeringeen speciaal vormstuk vooraansluiting op inwendige voeg-strook in de wand is doorVredestein ontwikkeldCement XXXII (1980) nr. 9Literatuur1. Kimpe, Architectonische aspecten van rioolwaterzuiveringsinstallaties, Cement XXII(1970) nr. 12, blz. 579 - 5812. J.Zeper en P.Lijnse, Oxydatiesloten en carrousels, Cement XXII (1970) nr. 12, blz. 517 - 5213. G.J.M.Koster, Voor- en nabezinktanks, Cement XXII (1970), nr. 12, blz. 522 - 5284. Literatuur funderingstechniek terondersteuning van het collegeg80, 2eherziening, Delft maart19765. Waterdichtheid van tunnels, Koninklijk Instituut van Ingenieurs, sectie Tunneltechniek6. S.Kunze en S.Ludwig, Temperaturbeanspruchte Konstruktionen aus wasserundurchl?ssigemStahlbeton, VEB-Verlag f?r Bauwesen, Berlin 19747. G.Blunk, Die Wasserundurchl?ssigkeitvonBetonbauten -ein Baustoff-oderein Konstruktions-problem, uit 'Theorie und Praxisdes Stahlbetonbaues', Festschriftzum 65. GeburtstagProf.Dr.-Ing.G.Franz; Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin/M?nchen8. CUR-rapport 85, Scheurvorming door krimp en temperatuurwisseling in wanden, 1978,Stichting CUR-VB, Zoetermeer9. Documentatie Vredestein10. G H. van Boom, Het maken van stortvoegen en krimpstroken. CementXVII (1965) nr.11 ,blz. 75111. A.S.G.Bruggeling, Theorie en praktijk van het voorgespannen beton, 196312. N.T.M.Tiemessen, Voorgespannen beton, 1979528