I I IBEREKENING IERVARINGEN MET CDR-RAPPORT'BUIZEN IN DE GROND'ir. E.C. Klaver, DHV Raadgevend Ingenieursbureau B"v, AmersfoortIn CDR-rapport 122 dat het berekenen van betonnen buizen in de grond behandelt,komt onder meer het scheurcriteriumaan de orde. Uitgangspunt was het bepalenvan de kruinbelasting bij een maximale scheurwijdte van 0,2 mmo De verschillentussen de kruinbelastingsproefen de belasting die de buis in de grond ondervindt,kunnen aanzienlijk zijn. Dat is vooral het geval als een te lage stijfheid van de buis isaangenomen. Een voorbeeld licht deze zienswijze toe.CUR-rapport 122 'Buizen in degrond. Berekening van gewa-. ? pende en ongewapende beton-nen buizen', verscheen in december1985. Dit rapport behandelt allerleiaspecten die een rol spelen bij de bere-kening van ongewapende en gewapen-de betonnen (riool)buizen.Vijf aandachtsgebieden werden daarbijonderscheiden:- de belastingen op de buis;- de sterkte van de buis;- de beoordelingscriteria;- de relatie tussen berekeningsparame-ters en de uitvoering;-de kwaliteitsbewaking.Inmiddels zijn twee jaren verstreken,een reden om stil te staan bij de accepta-tie en het gebruik van dit CUR-rapportin de praktijk.Allereerst kan worden gezegd dat hetbeschreven rekenmodel als zodanigsteeds meer lijkt te worden toegepast,vooral door fabrikanten van betonnenbuizen. Het zwaartepunt van de aan-dacht bij het dimensioneren van buizenverschuift nu meer naar het stellen vanuitgangspunten voor de berekening.Men realiseertzich steeds meer dat de inde berekening gehanteerde omgevings-conditie, in de uitvoering ook moetworden waargemaakt en bewaakt. Deaandacht voor het belang van een goedeeneenvoudige beschrijvingvande wijzevan uitvoering om de in de berekeninggehanteerde uitgangspunten veilig testellen, groeit. De rol van de bestek-schrijver is hierbij van groot belang. Debetrouwbaarheid van de ontwerpbere-keningen staat ofvalt hiermee.In sommigegevallen is geblekendataanhet in het CUR-rapport behandeldescheurcriterium een niet bedoelde in-58terpretatiewordtgegeven; eeninterpre-tatie die niet doorhet rapportwordt on-dersteund. Foutieve toepassing (inter~pretatie) van dit scheurcriteriumkan totverkeerde conclusies leiden. Vooral ditpunt komt hieronder aan de orde.Het scheurcriterium. in CUR-rap~port 122Uitgangspuntvoor de ontwikkelingvanhet rekenmodel was dat de berekeningzich tot een twee-dimensionaal modelvan de buis kon beperken, ook voor detoepassing van een scheurcriterium. Inhet CUR-rapport worden ook de voor-waarden aangegeven die een dergelijkeveronderstelling redelijk maken.Bij het opstellen van het scheurcriteri-um was het in eerste instantie niet dui-delijk ofhierin de gebruikelijke scheur-wijdteformules direct mochtenwordentoegepast. Daarbij golden de volgendeoverwegingen:De buisiseenstatischonbepaaldeconstructie.Dat betekent dat bij plaatselijke scheurvor~mingeen herverdelingvan de momentenver-deling langs de omtrek kan optreden. Indienin een buis plaatselijk een scheur ontstaat,gaatditgepaardmeteen reductievan de buig-stijfheidterplaatse. Tegellj'k treedteen veran-deringopvande momentenverdelingzodanigdatplaatselijk een reductie van het buigendemomentkan optreden, zonderdatdeuitwen-dige belasting verandert. Dit maakt dat bijverhoging van de uitwendige belasting aller-eerst vergroting van de reeds aanwezigescheuren optreedt daar de vlakbijaanwezigenog niet gescheurde doorsneden, niet aanscheurvorming toekomen.Het mofeinde van de buis leidt ongetwijfeldtot driedimensionale spanningstoestanden.Deze complicatie is niet direct met een twee-dimensionaal model te vatten.De buiswand en de daarin aanwezige ring-wapeninglopen rond. Een trekkracht in dezewapening leidt onlosmakelijk tot krachtenloodrecht op de staaJas die mogelijk invloedhebben op de scheurvorming.Bovenstaande ove~egingen lagen tengrondslag aan de aanpak die bij het ont-wikkelen van de voor het scheurcriteri-um benodigde scheurwijdteformule isgevolgd.Uitgegaan is van een grootaantal gewa-pende betonnen buizenvan diverse dia-meters, waarvan de kruinbelasting bijeen maximale scheurwijdtevan 0,2 mmdoor meting (in kruinbelastingsproe-ven) bekend waren. De eventuele in-vloedvan een mof, hetrondlopenvandewapening en het statisch onbepaald zijnv~n de buis zijn hierin impliciet aanwe-Zig.Enkele kritische kanttekeningen moeten hierwel worden gemaakt: De uitwendige belas-tinggrijpt in de kruinbelastingsproefop heelandere wijze aan dan de belastingdie de buisondervindt in degrond. De kruinbelastings-proefis belastingsgestuurd terwijl de wijzevan belasten van een buis in degrond meertevergelijken is metdie van een vervorrrringsge~stuurd systeem. Bovendien is de belastingtijdens een kruinbelastingsproefkortdurendterwlj1 de buizen in de grond langdurendworden belast. Er bestaat dus een groot ver-schil tussen de omstandigheden, waaronderde buizen bijproefbelasting en in werkelijk~heidworden belast. Deze verschillen kunnenvoor de wijze van scheurvorming van grootbelang zijn.Op basis van de genoemde kruinbelas-tingsproevenis eenscheurwijdteformu-Ie geconstrueerd waarvan mag wordengesteld dat indien de berekende scheur-wijdte kleiner is dan 0,2 mm, dan ookmet een redelijke mate van zekerheid dewerkelijk optredende maximalescheurwijdte kleiner zal zijn danCement 1988 nr. 5................,..................berekend m.b.v./::?xperimenteeL verband./ (zieflg.1))( --2/Z,2 ......../ I ..... ---3/~JI!5- .5=,ih4/1--.;:;;1}HmIf'l,VOlg:::-nr. 12:xbuis'" 1000-125(formuLe 29) B45FeB 500 "'8-500,02dv ----:>oQ0,01ot,-jo H=4,OOm:Elf1.0 ~-..1',..:::------\ ........, -----''''''''' --.--\ " 3\ '..""\. 211,0wmax (mm)----;>0,70,1 0,2 0,3tbuis'" 1000-125B45FeB 500 "'8 - 501,0wmax (mm)-i>0.\\ I\: --.,/dv0,1 O,SI I I I I"? 20 1!...............10 V1II1 Verband tussen (reken)moment MI'ovalisatie d/D en de maximales?heurwijdte2Verband tussen gronddekking Hen de maximale scheurwijdte 3Reductie van het moment MI alsfun?tie van de ovalisatie d/D.MlO is het moment MI bij ongescheurdebuis en betreffende omgevingsconditie.(Buis B 1000-1; tabel 4 CUR.-rapport)Tabel 1OmgevingsconditiesTabel 2Vergelijking tussen de berekendescheurwijdte en de optredendescheurwijdte in conditie nr. 30,2 mm mits de over?ge uitgangspuntenjuistzijn.Doorde gevolgdeaanpakis hetgeldigheidsgebied van de scheurwijdte~formule beperkt tot 0,2 mm.- gevulde buis in ophoging- volnmegewicht grond 18 kN/m3conditie nr. 1:El ~ ~.~ E3 -16 N/mmzE4 -40N/mmzKz ~ 0,3conditie nr. 2:El ~ Ez ~ E3 - 6 N/mmzE4 - 20 N/mmzKz ~ 0,3conditie nr. 3:El .~ Ez ~ E3 ~ 3 N/mmzE4 ~ 10N/mmzKz ~ 0,2- geen verkeer, geen bovenbelasting- grondwaterstand onder de buis- veiligheidsklasse 2 (CUR rapport122)Behoefte aan regelgevingRe?le schattingen van de omgevings-conditie gaan uit van redelijk haalbaredichtheden. Daarbij moet worden ge-vervolg op blz. 60Conclusie uit dit voorbeeld: Indien%er. > 0,2 mm is de kans groot datWo tr. > %er. en wel in toenemende ma-te bij hetgroterwordenvan de bereken-de scheurwijdte.verband samengesteld. Het hier?n aan-gegeven (reken)moment MI is terugge~rekend uit de kruinbelastingvan de des-betreffende proef.Voor een dr?etal omgevingscondities(zie tabell)is het verloop van de maxi-male scheurwijdte berekend met hettoenemen van de gronddekking H, re-kening houdend met de steeds door-gaande reductie van de effectieve buis-stijfheid bij het toenemen van de maxi-male scheurwijdte en de daaraangekop-pelde ovalisatie, volgens het gevondenexper?mentele verband. In figuur 2 ishet resultaat aangegeven. De hierbijmeegenomen belastingcomponentenzijn: grondbelasting, eigen gewicht vande buis en het gewicht van de buisvuI-ling. Duidelijk blijkt dat bij het toene-men Van de gronddekking de toenamevan de scheurwijdtein conditie nr. 3 hetsterkst is. Tevens is in figuur 2 aangege-ven hoe het verloop van de berekendescheurwijdte volgens het rekenmodelvan CUR-rapport 122 is.Boven 0,2 mmtreedt in toenemende mate een verschilop met de berekende waarden. Vooromgevingsconditie nr. 3 is dit in tabel 2aangegeven. ?ver?gens zijn in figuur 2ook de maximale gronddekkingen(Hm.,J voor de onderscheiden omge-vingscondities gegeven. In dit gevalblijkt steeds een bezwijkcr?ter?ummaatgevend.De gebruiksbelasting die voor de toe-passingvanhetscheurcr?ter?um nodigiswordt onder meer bepaald door de aan-name inzake de buisstijfheid. In dit ver-band is hetzaak om een niet te lage stijf-heid van de buis aan te nemen, daar eente lage stijfheid tot een te lage schattingvan de gebruiksbelasting leidt. In hetCUR-rapport wordt hiervoor uitge-gaan van:E (gescheurd) ~ 0,5' E (ongescheurd),een vr?jconservatieve schatting.Van deze buis is een experimenteel ver-band tussen de kruinbelasting, de ovali-satie(d/D) en de maximale scheurwijd~tebekend. Figuur 1is metbehulpvanditVoorbeeldTer illustratie van het scheurcr?ter?umwordt het voorbeeld gegeven van eenbuis met een diameter van 1 m, wand-dikte 125 mm, ringwapening 0 8-50(buisB 1000-2 uittabel 4vanCUR-rap-port 122).Niet alle invloeden zijn uitgebreid on-derzocht. Het effect van een normaal-kracht in de buiswand op de scheur-wijdte is bijvoorbeeld niet nader bestu-deerd. Een grote trekkrachtheeft uiter-aard een vergrotend effect, een druk-kracht op het niveau van de gebruiksbe-lasting wordt echter als gunstig gezien.Dit is de reden om in het CUR-rapportde inwendige druk tot 100 kN/mztebe-perken (het gaat immers om mm ofmeer drukloze buizen). In de meeste ge-vallen zal echtereen drukkracht aanwe-zig zijn.Naderonderzoeknaar deinvloed vandeverschillen tussen de belasting in eenkruinbelastingsproef en die welke aan-gr?jptop eenbuis inde grond lijktechtergewenst.0,100,250,601,50Woptr(mm)0,200,250,300,35Uber(mm)Cement 1988 nr. 5 59De in deze rubriek besproken boeken kunnenterinzagewordenverstrekt doordebibliotheekvan de Vereniging Nederlandse Cementindu-strie (VNC), Postbus 3011, 5203 DA 's-Herto-genbosch, tel. 073 _ 401286/401287G.K?nig, R.Mauer, TZichner, Spann-beton: Bew?hrungimBr?ckenbauAnalyse von Bauwerkdaten. Sch?-den und Erhaltungskosten, Sprin-ger-Verlag Berlin, 1986; 17Sx250 mm,180 fig., 59 tab., 328 blz., f 65,60Op aanwijzing van de Duitse Bondsre~gering is een onderzoek ingesteld naarde risico's in het bouwwezen. Omdathetinhettotale bouwpakketinhetalge-meen gaat om beperkte schadegevallenmet begrensde gevolgen, heeft men ineerste aanzet gekozen voor een onder-zoek bij de grote viaducten en bruggen,uitgevoerd in voorgespannen beton.De auteurs hebben zich daarbij gereali-seerd datin de lange geschiedenisvan de'bouw' het voorgespannen beton eenzeerjong bouwmateriaal is. Daar komtnog bij dat bijvoorbeeld in vergelijkingmet de automobielbranche, waar nazeer lange intensieve beproevingen vande eerste modellen tot seriebouw wordtovergegaan, elke grote brug of viaductin feite een prototype is. De toepassing~rvolg van blz.59dacht aan proctordichtheden van 90 ?93% voor de grond boven en naast debuis. Zie inditverband ookde NPR 3218'Buitenrioleringen onder vrij verval,Aanleg en onderhoud'. De sleufbodemmoet over ten minste 0,15 m diepte zijnlosgewerkt om de richtwaardenvoor deopleghoek uit tabel 22 van het CDRrapport 122 te kunnen hanteren.Te optimistische schattingen van deomgevingscondities evenals een slechteuitvoering die de re?el geschatte omge-vingscondities niet waar maakt, makende berekeningsresultaten uiteraard on-betrouwbaar. De op dergelijke schattin-gen ontworpen buizen kunnen laterscheurwijdten groter dan de in het ont-werp gehanteerde grenswaarde van0,2 mm vertonen.Er is grote behoefte aan regelgevingwaarbinnen verantwoordelijkhedennaderworden geregeld en uitgangspun-ten van ontwerpberekeningen scherperworden omschreven. Ook is een ge-dragscode nodig waarin de te hanterengrenswaarden voor de maximalescheurwijdte, bij beoordelingen achter-af, worden geregeld.60van nieuwe technische ontwikkelingenbrengt risico's met zich mee. Het vast-leggen van ervaringen en het uitwisse-lenvan kennis onder meer op hetgebiedvan de herstelwerkzaamheden, is zeergewenst. Het gaat er daarbij niet alleenom, dat de gebreken en schadegevallenmeer inzicht geven in de conStruc~tie-principes, maar dat deze uiteindelijkeen verbetering van het kwaliteitsni-ve;tu opleveren.Het boek bevat 4 hoofdstukken en be-sluit met een uitgebreide literatuurlijst.Hoofdstuk 1 'Schaden aan voorgespan-nen bruggen' geeft een overzicht van deontwikkeling van de inzichten ten aan-zienvan de constructieve aspecten. Ver-volgens worden de schaden met betrek-king tot de constructieve, technologi-sche en uitvoeringstechnische aspectenbehandeld. Tenslotte worden enkelespectaculaire schadegevallen, zoals de'Berliner Kongreshalle' behandeld.Het volgende hoofdstuk geeft de regis-tratie en bewaking van een bruggenbe-stand door middel van een computer-programma. Essentieel hierbij is datvanelk kunstwerk een handboek wordtaangelegd waarin ca 600 kenmerkenzijn opgenomen.OntwikkelingenInmiddels is op basis van het rekenmo-del van het CDR-rapport verder nage-gaan ofdit model ook voor de bereke-ning van flexibele buizen en niet rondebuizen met variabele wanddikte ge-schikt kon worden gemaakt. Dit blijktmogelijk. Ookis onderzoekgedaannaarde wijze van berekenen van aangetastebuizen waarvan de systeernlijn niet zui-ver cirkelvormig meer is en de wand-dikte niet constant. Dit laatste kan vanbelang zijn bij de beoordeling van eenrenovatietechniek die gebruik maaktvan de reststerkte van de buis en de ver-dere achteruitgang van de buis stopzet.De optredende vervormingen op hetmoment van de reparatie laten dan eenreductie van de te hanteren belastingenop deherstelde buis toe. Figuur 3laathetverband zien tussen de ovalisatie en degrondbelasting op de buis. Hiervan kanmetvrucht gebruikworden gemaaktbijeen reparatie die niet volledig de oor-spronkelijke sterkte van de buis terug-geeft. Ook zijn in dit verband studiesgaande om tot eenmodel voor de schat-ting van de levensduur van de buiscon~structie te komen. Voor de schatting vande levensduur zijn van belang:De schadegevallenworden systematischingedeeld naar soort, oorzaak, grootte,intensiteit enz.Hoofdstuk III bevatde gegevens van eenonderzoekaan 43 grote bruggen ofvia-ducten die met het vernoemde compu-terprogramma zijn verzameld. De re-sultatenwordeningrafiekenen tabellenweergegeven. Vervolgens is in het boekeen evaluatie van de schadegevallen op-genomen.In het laatste hoofdstuk worden bijzon-der interessante beschouwingengehou-den Olntrent de aanvaardbare risico's inde bruggenbouw. Gaat men uit van eengemiddelde kostprijs van ca f 2000,-per m2brugoppervlak (prijspeil 1985),dan betekent dat in West-Duitsland inaanleg een bestand van ca f SO miljardwaarvan ca65% invoorgespannen betonis uitgevoerd. Zou men echter de bouw-wijze van dejaren '50 hanteren, dan zoumen in aanleg een factor 2,5 hoger uit-komen. Bovendien zijn momenteel deherstellings- c.q. onderhoudskosten be-duidend minder dan de stijging van deloon- en materiaalkosten. Belangrijk ishet aan te houden kostenmodel voor detoekomstige financieIe behoeftevoor deinstandhouding van de bruggen.Tot slot worden zgn. 'credibility' for-- de huidige toestand van de buis en zijnomgevingscondities;- de aantastingssnelheid van de buis enomgeving;- de grenstoestand in termen van sterk-te, stijfheid en vervorming die hetpunt van bezwijken aangeeft.Bij de beoordeling van de restlevens-duurvanbuizenblijkenzo naastmateri-aaltechnische ook constructieve aspec-ten en omgevingscondities een rol tespelen.Aanbevelingen en slotopmerkingHet is gewenst bij verder onderzoekge-richt op de bepaling van de restlevens-duurvan buizen een ge?ntegreerde aan-pak te kiezen waarbij beide disciplines,de materiaaltechnische en de construc-tieve, gelijkwaardig aan bod komen.De CDR-studie blijkt aldus duidelijkeen stimulans voor verdere ontwikke-lingeninzake hetconstructieveontwerpen de constructieve beoordeling van be-tonnen buizen bij een verschillendeomgevingsconditie.Cement 1988 nr. 5