A 3300 Funderingen op staal
A 3300 Funderingen op staal
A 3305 Inleiding
Op basis van de projectgegevens en de onderzochte bodemopbouw is het aan de hand van de in A 3200 behandelde keuzebepalende factoren mogelijk om een ontwerpvariant te selecteren om het bouwwerk op staal te funderen. 'Funderen op staal' is daarbij de oudhollandse uitdrukking om iets direct op de beschikbare ondergrond ('het staal', afkomstig uit de dijkenbouw) te plaatsen. Technisch gezien betekent dit dus dat de belastingen uit de bovenbouw via een plat funderingselement rechtstreeks naar de - al of niet verbeterde - grondslag worden afgedragen.
Over het algemeen is een fundering op staal economisch aantrekkelijk als de vaste draagkrachtige (zand)lagen op minder dan 2 à 3 m diepte onder het maaiveld voorkomen. Een en ander is mede afhankelijk van de gebouwbelasting en de hoogte van de grondwaterstand.
In dit gedeelte wordt het ontwerp van een fundering op staal gepresenteerd volgens de werkwijze zoals die ook in de Geotechnieknorm NEN 9777-1, hoofdstuk 6 'Funderingen op staal' wordt gepresenteerd. Ter wille van de uniformiteit wordt dezelfde indeling gebruikt, al wordt de stof veel uitgebreider behandeld. Daar waar er omwille van de duidelijkheid vereenvoudigingen mogelijk zijn, is in het algemeen van het vaak voorkomende 'standaardgeval' uitgegaan. De norm zelf geeft voldoende aanwijzingen voor meer gecompliceerde ondergrondcondities.
Volgens NEN 9997-1 moet de fundering worden ontworpen op basis van twee soorten grenstoestanden. Deze grenstoestanden mogen niet worden overschreden. De uiterste grenstoestand (UGT) houdt het daadwerkelijke bezwijken in (doorgaand vervormen of instorten bij gelijkblijvende belasting), terwijl de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT) het optreden van maximaal toelaatbaar geachte vervormingen voor de op de fundering rustende constructie inhoudt.
De UGT (uiterste grenstoestand constructieve veiligheid) kan daarbij nog worden onderverdeeld in twee bezwijkmechanismen, te weten (het bezwijken van de funderingsgrondslag (dus bijvoorbeeld het wegpersen van de ondergrond) en het bezwijken van het funderingselement zelf door grote vervormingen (UGT, type B, dus bijvoorbeeld het breken van een funderingsplaat). Ook tot UGT type B hoort het geval dat de grondslag weliswaar nog niet bezwijkt, maar dat de optredende zakkingen van de fundering zo groot worden, dat de op de fundering geplaatste constructie door te grote verschilzakkingen bezwijkt.
De BGT slaat op de bruikbaarheid (de functionaliteit) van de totale constructie. Deze stelt met name in de normale gebruiksfase van een bouwwerk een grens aan de toelaatbare vervormingen. Juist bij funderingen op staal zal de BGT veelal maatgevend zijn. De fundering mag maar in beperkte mate zakken om niet te veel hoekverdraaiingen in de bovenbouw te veroorzaken.
Hierbij moet worden opgemerkt dat er volgens het [ link ] (zie A0435) geen eisen zijn genormeerd voor de vervorming en rotatie van funderingen. De vervormingseisen moeten per project worden vastgesteld door de ontwerpers. In norm NEN 9997-1 (art. 2.4.9) zijn in de toelichting wel enige algemene richtlijnen gegeven. Verder is de berekeningsmethode aan genormeerde eisen gebonden.
Hierbij moet worden opgemerkt dat er volgens het [ link ] (zie A0435) geen eisen zijn genormeerd voor de vervorming en rotatie van funderingen. De vervormingseisen moeten per project worden vastgesteld door de ontwerpers. In norm NEN 9997-1 (art. 2.4.9) zijn in de toelichting wel enige algemene richtlijnen gegeven. Verder is de berekeningsmethode aan genormeerde eisen gebonden.
In schema:
Toetsing grenstoestanden funderingen
| UGT | Bezwijken grondslag |
| UGT type B | Door grote zakkingsverschillen bezwijken bovenbouw |
| BGT | Beperking toelaatbaarheid zakkingen en zakkingsverschillen in verband met de bruikbaarheid van de constructie |
Om de BGT voor een fundering te kunnen toetsen is een samenspraak noodzakelijk tussen de constructeur van het bouwwerk en de geotechnisch adviseur, wil er op verantwoorde en economische wijze kunnen worden ontworpen. Juist de constructeur dient namelijk aan te geven welke zakkingsverschillen nog acceptabel zijn voor de constructieve bovenbouw, terwijl de geotechnisch adviseur door de keuze van het aanlegniveau en de strookbreedtes in staat is om verschillen in zetting beperkt te houden. Soms is ook de invloed van zakkingen van de nieuwbouw op belendende percelen van grote invloed.
A 3310 Soorten funderingen
In de zin van de normen is er sprake van een fundering op staal bij een gronddekking van ten hoogste vijf maal de breedte van de fundering (zie A 3315).
Vanuit de constructieve krachtsverdeling en de grondmechanische berekeningswijze zijn er drie typen funderingen op staal te onderscheiden:
1. Plaatfunderingen
Dit zijn grote en meestal zwaar gewapende betonvloeren van geringe dikte (bijvoorbeeld een garagevloer) of dikke keldervloeren (met opname grondwaterdrukken) van grote horizontale afmetingen.
Dit zijn grote en meestal zwaar gewapende betonvloeren van geringe dikte (bijvoorbeeld een garagevloer) of dikke keldervloeren (met opname grondwaterdrukken) van grote horizontale afmetingen.
Bij de berekening is met name de momentenverdeling in de plaat zelf van belang en is het vervormingscriterium van de ondergrond maatgevend. De plaat mag namelijk niet te veel zakken.
Figuur A 33-1
Overzicht plaatfunderingen:
a. Plaat;
b. Plaat en balk;
c. Plaat met kolommen
Overzicht plaatfunderingen:
a. Plaat;
b. Plaat en balk;
c. Plaat met kolommen
2. Strookfunderingen
Dit zijn lange strookvormige funderingselementen van beperkte breedte. Meestal worden ze onder bouwmuren en gevels toegepast. Als er een doorgaande muur op is geplaatst, wordt de strook alleen in dwarsrichting op buiging belast. Het bezwijkgedrag aan de ondergrond is tweedimensionaal voor de maatgevende doorsnede te bepalen, namelijk het zijdelings wegpersen (glijvlak). Ook de belastingspreiding in de ondergrond wordt alleen in de dwarsrichting beschouwd. De belasting wordt als een lijnlast op de strook beschouwd, of als puntlast op de doorsnede.
Dit zijn lange strookvormige funderingselementen van beperkte breedte. Meestal worden ze onder bouwmuren en gevels toegepast. Als er een doorgaande muur op is geplaatst, wordt de strook alleen in dwarsrichting op buiging belast. Het bezwijkgedrag aan de ondergrond is tweedimensionaal voor de maatgevende doorsnede te bepalen, namelijk het zijdelings wegpersen (glijvlak). Ook de belastingspreiding in de ondergrond wordt alleen in de dwarsrichting beschouwd. De belasting wordt als een lijnlast op de strook beschouwd, of als puntlast op de doorsnede.
Figuur A 33-2
Overzicht strookfunderingen:
a. Strookfundering onder dragende muur;
b. Strookfundering onder rij kolommen met kleine hart-op-hart-afstanden
Overzicht strookfunderingen:
a. Strookfundering onder dragende muur;
b. Strookfundering onder rij kolommen met kleine hart-op-hart-afstanden
3. Poerfunderingen
Dit zijn veelal vierkante platen van beperkte dwarsafmetingen. Omdat de belasting onder zware kolommen vrij hoog kan oplopen, is de diktemaat vaak vrij groot (0,6 à 1,5 m). De plaat wordt in twee richtingen op buiging belast, terwijl de funderingsdrukspreiding in beide richtingen mag worden beschouwd.
Dit zijn veelal vierkante platen van beperkte dwarsafmetingen. Omdat de belasting onder zware kolommen vrij hoog kan oplopen, is de diktemaat vaak vrij groot (0,6 à 1,5 m). De plaat wordt in twee richtingen op buiging belast, terwijl de funderingsdrukspreiding in beide richtingen mag worden beschouwd.
Een poer is vanwege het driedimensionale gedrag relatief gevoelig voor excentriciteiten en ongelijkmatige vervormingen. Hierbij moet dan ook extra aandacht aan de uitvoeringskwaliteit worden besteed.
Figuur A 33-3
Overzicht poerfunderingen:
a. Betonblok voor stalen kolom;
b. Gewapende betonplaat
Overzicht poerfunderingen:
a. Betonblok voor stalen kolom;
b. Gewapende betonplaat
A 3315 Gronddekking
Bij funderingen op staal speelt het begrip 'gronddekking' een belangrijke rol, omdat het element meestal slechts op geringe diepte aanwezig is. Met gronddekking wordt bedoeld de diepte van het aanlegniveau ten opzichte van de zich er direct naast bevindende grondslag. In verband met erosiegevaar door bijvoorbeeld water wordt aanbevolen het funderingselement altijd ter dikte van de betonplaat in de grond op te nemen. Daarnaast is voor gebouwen een diepere aanleg nodig om het risico van opvriezen van de fundering te voorkomen. Veelal wordt in Nederland een vorstvrije aanlegdiepte van 0,6 à 0,8 m aangehouden.
Rekentechnisch is de gronddekking van belang omdat deze als bovenbelasting op de grond naast het funderingselement een draagkrachtverhogende invloed heeft.
Ten slotte verbetert een redelijke gronddekking ook in aanzienlijke mate het vermogen horizontale belastingen op te nemen. Dit laatste speelt vooral een rol als er door het graven van sleuven voor de aanleg van kabels en rioolbuizen geen horizontale steundruk aanwezig is. Vooral langs terreingrenzen kan dit voorkomen.
A 3320 Ondergrond en schematisering
Soorten ondergrond
In veruit de meeste gevallen zal er bij een fundering op staal sprake zijn van een draagkrachtige zandondergrond. Een fundering kan echter in principe op iedere grondslag worden aangelegd, al zal het draagvermogen in kleigrond slechts beperkt zijn. Hierbij moet met name het gedrag onder invloed van vochttoetreding door bijvoorbeeld overvloedige regenval of het stijgen van het grondwaterniveau worden beschouwd. Kleigronden kunnen bij een grote stijging van het vochtgehalte na bijvoorbeeld regenval een sterke afname van sterkte- en stijfheidseigenschappen vertonen. Sterk met water verzadigde kleien zijn zeer slap en ongeschikt om op staal te funderen. Ditzelfde geldt voor de veengronden van West-Nederland.
In veruit de meeste gevallen zal er bij een fundering op staal sprake zijn van een draagkrachtige zandondergrond. Een fundering kan echter in principe op iedere grondslag worden aangelegd, al zal het draagvermogen in kleigrond slechts beperkt zijn. Hierbij moet met name het gedrag onder invloed van vochttoetreding door bijvoorbeeld overvloedige regenval of het stijgen van het grondwaterniveau worden beschouwd. Kleigronden kunnen bij een grote stijging van het vochtgehalte na bijvoorbeeld regenval een sterke afname van sterkte- en stijfheidseigenschappen vertonen. Sterk met water verzadigde kleien zijn zeer slap en ongeschikt om op staal te funderen. Ditzelfde geldt voor de veengronden van West-Nederland.
Ook de op termijn optredende zettingen spelen in gebieden met slechts in geringe mate vaste grondslag een grote rol. Hier zal dan ook snel een paalfundering aantrekkelijk zijn.
Met betrekking tot de funderingsgrondslag is er sprake van drie varianten:
- de natuurlijke of ongeroerde grondslag
- een in draagkracht verbeterde grondslag (grondverbetering of grondvervanging)
- een opgehoogde grondslag (fundering op aanvulling).
Geval A komt in Oost-Nederland veelvuldig voor en is vaak toepasbaar bij licht belaste funderingselementen. Er kan hier worden volstaan met het afgraven van de grond tot op het funderingsaanlegniveau (ten minste 0,3 m teelaarde verwijderen) en langs randen tot op de vorstvrije aanlegdiepte. Het is aan te bevelen in verband met een meer regelmatige draagkracht de zandige grondslag met een trilplaat af te trillen alvorens het beton voor het funderings element te storten.
Geval B is van toepassing als het zand losgepakt is, of als de bovenlagen onvoldoende draagkrachtig zijn. Deze kunnen dan worden vervangen door een pakket goed verdicht zand (zie A 3355). In het algemeen wordt aanbevolen om over een dikte van ten minste anderhalf keer de strookbreedte van de funderingssloof een goed draagkrachtige zandlaag ter beschikking te hebben. Het principe van een dergelijke grondverbetering is weergegeven in figuur A 33-4. Door vervanging van grond met geringe sterkteparameters door zand met een hoge φ en Eg kan de fundering smaller en op een minder diep aanlegniveau worden geconstrueerd.
Men moet er rekening mee houden dat de draagkracht van de grondslag tijdens de bouwperiode moet worden geverifieerd. De resultaten van het grondonderzoek gelden immers niet voor deze verbeterde laag.
Figuur A 33-4
Principe grondverbetering
Principe grondverbetering
Geval C is van toepassing in westelijk Nederland en vele uitbreidingsgebieden met een van nature hogere (tijdelijke) grondwaterstand. Ten behoeve van het bouwrijp maken wordt het bouwterrein daartoe met een geschikt ophoogmateriaal opgehoogd. Ook hier geldt dat de resultaten van het grondonderzoek soms niet geschikt zijn om als berekeningsuitgangspunt te kunnen dienen (als ze voor de ophoging zijn uitgevoerd).
In het bijzonder moet men in deze situatie bedacht zijn op het risico van het ontstaan van grondzakkingen, omdat de opgebrachte materialen een aanzienlijke belastingsverhoging van de diepere grondlagen veroorzaken. De zakking die dit kan veroorzaken kan daarbij vele malen groter zijn dan die door het bouwwerk wordt veroorzaakt. Met name het over langere tijd doorgaan van zakkingen veroorzaakt door (oude) ophogingen moet worden beschouwd.
Schematisering
Ten behoeve van de berekening van de draagkracht en de vervormingen van de ondergrond is het voor een fundering op staal van groot belang de beschikbare ondergrond op verantwoorde wijze in diverse te onderscheiden lagen te schematiseren. Dit is noodzakelijk omdat de draagkrachtbepaling van de fundering sterk afhankelijk is van de specifieke draagkracht per laag.
Ten behoeve van de berekening van de draagkracht en de vervormingen van de ondergrond is het voor een fundering op staal van groot belang de beschikbare ondergrond op verantwoorde wijze in diverse te onderscheiden lagen te schematiseren. Dit is noodzakelijk omdat de draagkrachtbepaling van de fundering sterk afhankelijk is van de specifieke draagkracht per laag.
Op basis van het grondonderzoek en de daaruit af te leiden schematisering volgens A 1100, 1200 en 1300 zijn de volgende gegevens van belang:
- Algemeen
- oorspronkelijk maaiveldniveau - nieuw maaiveldniveau links en rechts van de strook in verband met bovenbelastingen en gronddekking - onregelmatigheden in diepere lagen - maximum grondwaterstand (draagkracht) - minimum grondwaterstand (zakkingen) - aanlegniveau funderingselement - belendende fundering of een talud. - Per grondlaag
- volumieke massa's (droog en met water verzadigd) [kN/m³] - hoek van inwendige wrijving: φ' [°] - cohesie: c' [kN/m²] - ongedraineerde schuifsterkte: cu bij φ = 0°.
De bovenstaande parameters worden gebruikt voor de berekening van de bezwijkdraagkracht van de fundering.
Het is volgens norm NEN 9777-1 toegestaan om de gunstige invloed van een grondverbetering op de draagkracht in rekening te brengen bij een goede uitvoering. Hierbij gelden de volgende randvoorwaarden:
- Er mag bij de berekening van de draagkracht gebruik worden gemaakt van de eigenschappen van de grondverbetering indien de dikte van de grondverbetering onder het aanlegniveau tenminste 1,5 b' bedraagt en de breedte tenminste 4 b'.
- In alle andere gevallen mag de draagkracht zijn berekend op basis van een fictief funderingselement dat is geplaatst op het grensvlak tussen de grondverbetering en de oorspronkelijke grond. Hierbij moet worden uitgegaan van een spreidingshoek van 30° met de verticaal vanuit het effectieve funderingsoppervlak. Op deze wijze wordt de gelijkmatige belastingverdeling aan de bovenzijde van de oorspronkelijke grondlaag bepaald.
Daarnaast moet per laag voor de berekening van de vervorming bekend zijn:
- primaire samendrukkingsconstante Cc [-]
- secundaire samendrukkingsconstante Cα [-]
- het poriëngetal in de uitgangssituatie eo [-].
A 3325 Effectieve funderingsbreedte
Bij de berekening van het grondmechanische gedrag van een funderingselement moet voor zowel het draagvermogen als de zakking van de effectieve breedte (of lengte) worden uitgegaan. Dit is de rekentechnisch beschouwde breedte van een strook als reductie van het daadwerkelijk toegepaste oppervlak. Deze reductie is nodig om bij excentrisch aangrijpende belasting op het fundament toch met normale centrisch belaste delen te kunnen blijven rekenen. Zie hiervoor ook figuur A 33-5, alsmede de regels van NEN 9777-1 art. 6.5.2.2 met de daarin gepresenteerde formules.
Figuur A 33-5
Excentrisch aangrijpende belastingen:
a. Plattegrond van de fundering;
b. Drukverdeling in het rekenmodel;
c. In rekening te brengen deel van de constructie
Excentrisch aangrijpende belastingen:
a. Plattegrond van de fundering;
b. Drukverdeling in het rekenmodel;
c. In rekening te brengen deel van de constructie
A 3330 Aspecten met betrekking tot stijfheid constructie en onderlinge beïnvloeding funderingselementen
Bij het toetsen op bezwijkveiligheid (Vd < Rd) van het ontwerp van funderingen op staal is er normtechnisch geen onderscheid gemaakt in de verschillende krachtswerkingen van de elementen bij een stijve bovenbouw of bij een slappe constructie (elementen apart van elkaar te beschouwen). Toch beïnvloedt de stijfheid van met name plaatfunderingen de gronddrukverdeling tegen de onderzijde van het funderingselement in aanzienlijke mate. Dit betreft dan met name het vervormingsgedrag in het gebruiksstadium.
Bij grote funderingsafmetingen is het bezwijkdraagvermogen van de ondergrond (UGT) zelden van belang. De samendrukking van de lagen onder het funderingselement, waarbij vooral ook rekening moet worden gehouden met de diepere slappe lagen (dus meer dan 1,5B onder het aanlegniveau), bepaalt hierbij de dimensionering (UGT type B). Daarom wordt daaraan hieronder extra aandacht geschonken.
De onderverdeling van wat een afzonderlijk funderingselement is bij een strokenfundering van een ingewikkelde geometrie (stroken die de hoek omgaan, variatie in strookbreedte en/of aanlegniveau en integratie van poerunderingen in stroken) is een zaak van goed overleg tussen de funderingsadviseur en de constructeur. Op basis van deskundigheid en ervaring kan er aldus een goede schematisering worden gemaakt. Er moet naar worden gestreefd de optredende zakking van de verschillende funderingselementen met hun onderscheiden afmetingen en belastingsniveaus zoveel mogelijk gelijk te laten zijn.
Er moet rekening worden gehouden met de onderlinge beïnvloeding van op niet al te grote afstand (2B) gelegen funderingselementen. Hierbij mag de spreiding van de funderingsdruk in de ondergrond ten behoeve van de zettingsberekening niet groter dan de onderlinge hart-op-hart-afstand worden genomen. Vooral bij plaatsing van een nieuw funderingselement direct naast een bestaande fundering zal deze laatste een extra zetting kunnen ondergaan, waarmee bij het ontwerp terdege rekening moet worden gehouden.
Bij een stijve bovenbouw moet de gronddrukverdeling nader worden geanalyseerd. De onderlinge beïnvloeding wordt in figuur A 33-6 schematisch geïllustreerd.
Figuur A 33-6
Wederzijdse beïnvloeding van een nieuwe en een bestaande fundering
Wederzijdse beïnvloeding van een nieuwe en een bestaande fundering
Het toepassen van meer funderingselementen op korte afstand van elkaar geeft - door het hogere korrelspanningsniveau in de ondergrond door de uitgeoefende bovenbelastingen - een duidelijke verhoging van de draagkracht van de grondslag. Hiermee mag echter niet worden gerekend. Omgekeerd moet worden bedacht dat door het slopen van een bestaande fundering, door de optredende grote mate van ontlasting van de grondslag, het draagvermogen van een nabijgelegen aangrenzende fundering op staal sterk kan worden gereduceerd. Met name in binnensteden en op klei gefundeerde panden kan dit leiden tot het ontstaan van ontoelaatbare zakkingen.
A 3335 Berekeningswijze draagkracht
Algemeen
De berekening van funderingselementen geschiedt op basis van de bezwijktheorie zoals die door Prandtl is ontwikkeld. Hierbij wordt een fundering op staal beschouwd als een los element dat zich in een grondmassief bevindt. De rekenregels volgens norm NEN 9777-1 zijn van toepassing voor funderingen op staal waarbij het funderingsoppervlak een hoek met de horizontaal heeft van ten hoogste 2,5°.
Het bezwijkmechanisme van de fundering wordt gekenmerkt door het optreden van grote vervormingen waarbij de grond onder en naast de fundering zijdelings wordt weggeperst. De afbeelding laat zien hoe de grondwig wordt gevormd.
De berekening van funderingselementen geschiedt op basis van de bezwijktheorie zoals die door Prandtl is ontwikkeld. Hierbij wordt een fundering op staal beschouwd als een los element dat zich in een grondmassief bevindt. De rekenregels volgens norm NEN 9777-1 zijn van toepassing voor funderingen op staal waarbij het funderingsoppervlak een hoek met de horizontaal heeft van ten hoogste 2,5°.
Het bezwijkmechanisme van de fundering wordt gekenmerkt door het optreden van grote vervormingen waarbij de grond onder en naast de fundering zijdelings wordt weggeperst. De afbeelding laat zien hoe de grondwig wordt gevormd.
Figuur A 33-7
Principe bezwijkvlak grond onder fundament
Principe bezwijkvlak grond onder fundament
Brinch Hansen heeft later allerlei verfijningen ingevoerd (speciaal voor een afwijkende geometrie en/of belasting), maar het basisprincipe zoals weergegeven in figuur A 33-7 blijft gelijk.
Onder de strook vormt zich een starre driehoekige wig, die de naastliggende grond zijdelings wegperst. Omdat het maaiveld hierbij omhooggedrukt wordt, zal het duidelijk zijn dat bij naastliggende bovenbelasting het draagvermogen aanzienlijk kan worden verhoogd.
Het draagvermogen van de grondslag wordt het meest bepaald door de afmetingen (breedte) van de funderingsstrook en de gewogen hoek van inwendige wrijving φ'e;d van het bodemmateriaal. Daarnaast spelen ook de gewogen cohesie c'e;d en de volumieke massa γ'e;d een rol. In het algemeen kan nog worden gesteld dat een hoge grondwaterstand door verweking en vermindering van de effectieve volumieke massa een sterk reducerende invloed op het draagvermogen heeft.
Om een beeld te krijgen van de invloedszone van de bezwijkende grondwig geeft figuur A 33-8 een indruk hoe diep en breed dit bezwijkvlak reikt. Hierbij moet worden opgemerkt dat dit alleen voor kleine poeren en stroken geldt, omdat in andere gevallen de grondslag niet meer als homogeen mag worden geschematiseerd. Bij een goed draagkrachtige grondslag zijn de afmetingen veel groter en wordt er door de extra hoeveelheid grond die moet worden gemobiliseerd een flinke verhoging van de draagkracht bereikt. Men moet echter wel bedenken dat hiervoor ook grotere vervormingen noodzakelijk zullen zijn.
Volgens norm NEN 9997-1 moet worden getoetst of de rekenwaarde van de belasting op het fundament kleiner is dan de rekenwaarde voor de maximale bezwijkweerstand (draagkracht) van de grond (UGT).
Figuur A 33-8
Invloedszone bezwijkvlakken homogene grondslag
Invloedszone bezwijkvlakken homogene grondslag
[ link ]
Figuur A 33-9Afmetingen van het bezwijkvlak als functie van de effectieve hoek van inwendige wrijving
| a e /b' | ||
| φ' k | H/V = 1 | H/V = 0 |
| 5 | 0,65 | 1,25 |
| 10 | 0,77 | 1,57 |
| 15 | 0,92 | 1,99 |
| 20 | 1,10 | 2,53 |
| 25 | 1,33 | 3,27 |
| 30 | 1,62 | 4,29 |
| 35 | 2,01 | 5,77 |
| 40 | 2,53 | 8,01 |
| 45 | 3,27 | 11,61 |
| z e /b' | ||
| φ' k | H/V = 1 | H/V = 0 |
| 0 | 0,40 | 0,70 |
| 5 | 0,41 | 0,77 |
| 10 | 0,44 | 0,88 |
| 15 | 0,47 | 1,00 |
| 20 | 0,50 | 1,16 |
| 25 | 0,54 | 1,35 |
| 30 | 0,59 | 1,59 |
| 35 | 0,65 | 1,90 |
| 40 | 0,73 | 2,33 |
| 45 | 0,84 | 2,95 |
Daarnaast mag het fundament ook niet te veel zakken (UGT type B en BGT). Voor kleine fundamenten en goed draagkrachtig zand is meestal het bezwijkcriterium maatgevend (UGT), terwijl bij cohesieve bodems of samendrukbare kleilagen op 1 à 2 m diepte onder de fundering, en bij grote strook- of poerafmetingen al gauw het vervormingscriterium (UGT type B of BGT) maatgevend is.
Invloedsfactoren
Bij de berekening van het draagvermogen moeten zogeheten draagkrachtfactoren worden toegepast. Deze factoren geven de relatie aan tussen de hoek van inwendige wrijving φ' enerzijds en de drie beschouwde parameters Cohesieterm Nc, Bovenbelasting (gronddekking) term Nq en Volumieke massa Nγ anderzijds. Als waarde voor φ' neemt men hierbij de gewogen gemiddelde waarde φ'e voor alle van belang zijnde lagen onder het aanlegniveau. Omdat er van rekenwaarden φ'd moet worden uitgegaan, geldt tevens voor φ'e;d:
Bij de berekening van het draagvermogen moeten zogeheten draagkrachtfactoren worden toegepast. Deze factoren geven de relatie aan tussen de hoek van inwendige wrijving φ' enerzijds en de drie beschouwde parameters Cohesieterm Nc, Bovenbelasting (gronddekking) term Nq en Volumieke massa Nγ anderzijds. Als waarde voor φ' neemt men hierbij de gewogen gemiddelde waarde φ'e voor alle van belang zijnde lagen onder het aanlegniveau. Omdat er van rekenwaarden φ'd moet worden uitgegaan, geldt tevens voor φ'e;d:
tan (φ'e;d) = (tan φ'e)/γφ
waarbij γφ de materiaalparameter voor de wrijvingshoek is.
Ook de overige materiaalkentallen c' (cohesie) en γ' (volumieke massa) moeten als gewogen gemiddelden worden bepaald. Zie hiervoor art. 6.5.2.2(n) van NEN 9997-1. Daarna is de rekenwaarde te bepalen met behulp van de materiaalfactor volgens tabel A.4a van NEN-EN 1997-1 (zie ook figuur A 33-14).
Figuur A 33-10
Draagkrachtfactoren Nc, Nq en Nγ ten opzichte van φ'e;d
Draagkrachtfactoren Nc, Nq en Nγ ten opzichte van φ'e;d
| φ' e;d | N c | N q | N γ |
| 5° | 6,5 | 1,6 | 0,1 |
| 10° | 8,3 | 2,5 | 0,5 |
| 15° | 10,9 | 3,9 | 1,6 |
| 20° | 14,8 | 6,4 | 3,9 |
| 22,5° | 17,4 | 8,2 | 6,0 |
| 25° | 20,6 | 10,6 | 9,0 |
| 27,5° | 24,8 | 13,9 | 13,4 |
| 30° | 30,0 | 18,3 | 20,0 |
| 32,5° | 36,9 | 24,5 | 29,9 |
| 35° | 44,9 | 33,1 | 45,0 |
| 37,5° | 58,1 | 45,6 | 68,3 |
| 40° | 74,9 | 63,8 | 105,3 |
| 42,5° | 98,6 | 91,3 | 165,3 |
Gedraineerde situatie
De algemene formule voor de draagkracht luidt voor een gedraineerde situatie:
De algemene formule voor de draagkracht luidt voor een gedraineerde situatie:
σ'max;d = c'e;d Nc + σ'v;z;d Nq + 0,5 γ'e;d b' Nγ
of:
bezwijkdruk = aandeel cohesie + aandeel bovenbelasting + aandeel volumieke massa
waarin:
| σ' max;d | = | rekenwaarde voor de maximale (bezwijk)funderingsdruk op het effectieve funderingsoppervlak, in kPa |
| c' e;d | = | rekenwaarde van de (gewogen) cohesie in de beschouwde lagen onder het funderingsaanlegniveau, in kPa |
| N c | = | draagkrachtfactor voor de cohesieterm; in zand speelt de cohesiefactor meestal geen rol (= 0) |
| σ' v;z;d | = | rekenwaarde van de oorspronkelijke verticale korrelspanning op de diepte z van het aanlegniveau, in kPa; hierbij geldt dat dit de grootte van de bovenbelasting is voor de gronddekking z naast de funderingsstrook; eenvoudig: σ = z · γ droog of σ = z · γsat - u |
| N q | = | draagkrachtfactor voor de gronddekking (bovenbelasting); zie figuur A 33-10 |
| γ' e;d | = | rekenwaarde van het (gewogen) effectieve volumiek gewicht van de grond onder het funderingsoppervlak, in kPa/m³; houd hierbij rekening met de opwaartse waterdruk; de waterstand kan hierbij tijdelijk hoog zijn |
| b' | = | breedte van het effectieve funderingsoppervlak; dit is dus de rekentechnische strookbreedte; uit deze term blijkt dus dat de draagkracht progressief toeneemt met een toenemende strookbreedte, allereerst de bezwijkspanning, maar daarna ook de totaalkracht |
| N γ | = | draagkrachtfactor voor het grondgewicht, zie figuur A 33-10; pas op met hoge waarden voor φ' |
Figuur A 33-11
Draagkrachtfactoren als functie van φ'e;d
Draagkrachtfactoren als functie van φ'e;d
Na vaststelling van de funderingsdruk is de rekenwaarde voor de draagkracht (de maximale bezwijkweerstand van de funderingsgrondslag) te bepalen met:
Rd = σ'max;d · A'
waarin:
| R d | = | rekenwaarde voor de verticale draagkracht, in kN |
| A' | = | effectief funderingsoppervlak, in m² (bij stroken: b' · 1 m) |
In de norm NEN 9997-1 wordt daarnaast nog een aantal verfijningen gepresenteerd voor:
- de vorm van de funderingsplaat: de s-factoren
- de helling van de belasting: de i-factoren
- de helling van het maaiveld: de λ-factoren.
Met name de vormfactor is hierbij van belang, omdat funderingsstroken zelden als oneindig lang te schematiseren zijn. De genoemde factoren zijn op zich weer afhankelijk van de inwendige wrijvingshoek van de grond. De formules staan in NEN 9997-1.
Met betrekking tot een vierkante poer met een φ'e;k = 30° kan nog worden vermeld dat dan de volgende invloedsfactoren van toepassing zijn:
sc = 1,49
sq = 1,45
sγ = 0,7
sq = 1,45
sγ = 0,7
Ruwweg is in het verleden als vuistregel altijd een toename met 30% van het draagvermogen van een poer ten opzichte van een strook gehanteerd. Dit kan worden verklaard uit het feit dat de driedimensionale spreiding een groter grondmassief mobiliseert. Per eenheid van funderingsdruk is daardoor de zakking ook altijd geringer dan die van een strook.
Met de volgende formules kunnen de vormfactoren exact worden bepaald:
Voor een gedraineerde belastingssituatie kunnen volgens norm NEN 9997-1 drie situaties worden onderscheiden; zie figuur A 33-12.
| situatie a: | homogene, zandige bodemopbouw
|
| situatie b: | heterogene zandige bodemopbouw; verschil in waarde van φ' e;k kleiner of gelijk aan 6°
|
| situatie c | heterogene bodemopbouw; verschil in waarde van φ' e;k groter dan 6°
|
Figuur A 33-12
Situaties gedraineerde belastingtoestand
Situaties gedraineerde belastingtoestand
Ongedraineerde situatie
Bij de aanleg van een fundering op klei of leem moet ook de ongedraineerde belastingtoestand worden beschouwd. Door de aanwezigheid van cohesieve, slecht waterdoorlatende bodemlagen kan een belastingverhoging in eerste instantie leiden tot een verhoging van de spanning van het water in de poriën. Voor een ongedraineerde situatie gelden de volgende formules:
Bij de aanleg van een fundering op klei of leem moet ook de ongedraineerde belastingtoestand worden beschouwd. Door de aanwezigheid van cohesieve, slecht waterdoorlatende bodemlagen kan een belastingverhoging in eerste instantie leiden tot een verhoging van de spanning van het water in de poriën. Voor een ongedraineerde situatie gelden de volgende formules:
Rd = σ'max;d A'
waarbij:
σ'max;d = (π + 2) cu;d · sc · ic + σ'v;z;d
Hierin is:
| R d | = | de rekenwaarde van de component van de draagkracht loodrecht op het funderingsoppervlak in kN |
| A' | = | de effectieve funderingsoppervlakte |
| σ' max;d | = | de rekenwaarde van de maximale funderingsdruk op het effectieve funderingsoppervlak in kPa |
| c u;d | = | de rekenwaarde van de ongedraineerde schuifsterkte in kPa |
| σ' v;z;d | = | de rekenwaarde van de effectieve verticale spanning van de gronddekking op het aanlegniveau op de diepte z in kPa |
| d i | = | de dikte van laag i in m |
| γ i | = | het representatieve volumiek gewicht van de grond in kN/m³ |
| γ rep | = | de representatieve waarde van voor het volumiek gewicht bij natuurlijk vochtgehalte in kN/m³ |
| γ sat;k | = | de representatieve waarde van het verzadigde volumiek gewicht in kN/m³ |
| u | = | waterspanning in kN/m³ |
| γ γ | = | materiaalfactor voor een gunstig werkende belasting volgens A 33-14 |
| n | = | het aantal horizontale grondlagen tussen het aanlegniveau en het niveau van de gronddekking |
| l' | = | de effectieve lengte van het funderingsoppervlak in m |
| b' | = | de effectieve breedte van het funderingsoppervlak in m |
| H d | = | de rekenwaarde van de component van de belasting in het vlak van het funderingsoppervlak in kN |
| i c | = | de reductiefactor voor de helling van de belasting |
| s c | = | de vormfactor voor de invloed van de cohesie |
Voor een ongedraineerde belastingssituatie kunnen volgens norm NEN 9997-1 drie situaties worden onderscheiden; zie figuur A 33-13.
| situatie a: | homogene, cohesieve bodemopbouw
|
| situatie b: | cohesief grondpakket boven niet-cohesieve lagen
|
| situatie c: | niet-cohesief grondpakket boven cohesieve lagen
|
Figuur A 33-13
Situaties ongedraineerde belastingtoestand
Situaties ongedraineerde belastingtoestand
Belasting- en materiaalfactoren
| Begrippen (symboolaanduiding) | |
| Belasting: | F voor een algemene belasting, V voor de verticale belasting, H voor de horizontale belasting |
| Draagkracht (sterkte) | R, van resistance (weerstand). |
Er wordt altijd met rekenwaarden (designwaarden) gewerkt. De designwaarde wordt bepaald door de representatieve waarde van de belasting met een belastingfactor te vermenigvuldigen, of die van de sterkte door een materiaalfactor te delen.
Principe
Rekenwaarde belasting Fd = belastingfactor × representatieve waarde belasting
Rekenwaarde belasting Fd = belastingfactor × representatieve waarde belasting
Fd = γf Frep
Rekenwaarde draagkracht
Rd = Rrep/γm
Een en ander volgens de systematiek van de in art. 2.4.6.1 van NEN 9997-1 gepresenteerde 'Rekenwaarden van belastingen' en 2.4.7.3.3 'Rekenwaarde van de weerstand'.
Belastingfactoren
Deze worden voor een gebouw meestal door de constructeur gekozen, soms in samenspraak met de geotechnisch ontwerper. De belastingfactor volgt uit NEN-EN 1990 en is naast de beschouwde grenstoestand ook sterk afhankelijk van de relevante veiligheidsklasse van het bouwwerk.
Deze worden voor een gebouw meestal door de constructeur gekozen, soms in samenspraak met de geotechnisch ontwerper. De belastingfactor volgt uit NEN-EN 1990 en is naast de beschouwde grenstoestand ook sterk afhankelijk van de relevante veiligheidsklasse van het bouwwerk.
Uitgaande van de meest voorkomende klasse RC2 van openbare gebouwen moet volgens NEN-EN 1990 de meest ongunstige van de volgende gevallen worden genomen:
(6.10a) γg = 1,35 en
γq = ψ · 1,5 (met meestal ψ = 0,7)
γq = ψ · 1,5 (met meestal ψ = 0,7)
(6.10b) γg = 1,2 en γq = 1,5
Aangezien de veranderlijke belasting q bij gebouwen meestal slechts de helft is van de permanente belasting g, kan eenvoudigheidshalve vaak van γg+q = 1,3 worden uitgegaan. Dit moet echter daarna in een definitieve toetsingsberekening in overleg met de constructeur worden bepaald.
Dit geldt voor de uiterste grenstoestanden (UGT en UGT type B). Voor de BGT geldt te allen tijde γg+q = 1,0.
Materiaalfactoren
Omdat de draagkracht van een fundering op staal van de verschillende van invloed zijnde grondparameters afhangt, en deze elk hun eigen partiële materiaalfactor hebben om een betrouwbare rekenwaarde te kunnen verkrijgen, is het niet mogelijk om één γm te geven. Om voor ontwerpberekeningen toch een indruk van de orde van grootte te kunnen hanteren, mag indicatief hiervoor een γm;totaal = 1,25 worden aangehouden, uiteraard alleen voor de uiterste grenstoestanden.
Omdat de draagkracht van een fundering op staal van de verschillende van invloed zijnde grondparameters afhangt, en deze elk hun eigen partiële materiaalfactor hebben om een betrouwbare rekenwaarde te kunnen verkrijgen, is het niet mogelijk om één γm te geven. Om voor ontwerpberekeningen toch een indruk van de orde van grootte te kunnen hanteren, mag indicatief hiervoor een γm;totaal = 1,25 worden aangehouden, uiteraard alleen voor de uiterste grenstoestanden.
Voor de BGT geldt te allen tijde γm;totaal = 1,0. Hier gaat het namelijk om de daadwerkelijk te verwachten deformaties, en moet er dus met representatieve grondeigenschappen worden berekend.
Uitgesplitst naar de verschillende grondeigenschappen zijn in figuur A 33-14 de materiaalfactoren opgenomen.
Figuur A 33-14
Materiaalfactoren voor grondeigenschappen (bron: NEN-EN 1997-1/NB Tabel A4)
Materiaalfactoren voor grondeigenschappen (bron: NEN-EN 1997-1/NB Tabel A4)
| Type geotechnische constructie | Partiële materiaal factor (γ m ) | Uiterste Grenstoestanden (UGT) | Bruikbaarheids- grenstoestand (BGT) | |||||
| Normaal | Bijzonder | |||||||
| gunstig¹ | ongunstig² | |||||||
| Alle geotechnische constructies | γ γ of volumiek gewicht van grond | 1,1 | 1 | 1 | ||||
| Funderingen van gebouwen: | ||||||||
| - op staal | γ φ' tangens van de hoek van inwendige wrijving | 1,15 | 1 | 1 | ||||
| γ c' cohesie (draagvermogen van funderingen) | 1,6 | 1 | 1 | |||||
| γ cu ongedraineerde schuifsterkte | 1,35 | 1 | 1 | |||||
| - vervormingen: | γ Cc ; γCα ; γCsw | 1 | 0,8 | 1 | ||||
| γ Cp ; γCs | 1,3 | 1 | 1 | |||||
| γ E | 1,3 | 1 | 1 | |||||
| ||||||||
Eerste aanzet berekening
Nadat men voor een fundering op staal heeft gekozen zal in overleg met de constructeur van het bouwproject moeten worden vastgesteld wat de randvoorwaarden voor het funderingsontwerp zijn. Zo moet het aanlegniveau worden bepaald, de keuze voor stroken of poeren, het eventuele kruipruimteniveau, de gronddekking, enzovoort. Daarnaast moeten de rekenwaarden van de belastingen voor de te onderzoeken grenstoestanden (UGT en BGT) worden vastgesteld. Boven maaiveldniveau zijn deze belastingen min of meer reeds bij de constructeur bekend te veronderstellen, zodat de geotechnisch adviseur de door de grond op het fundament uitgeoefende belastingen kan incalculeren.
Nadat men voor een fundering op staal heeft gekozen zal in overleg met de constructeur van het bouwproject moeten worden vastgesteld wat de randvoorwaarden voor het funderingsontwerp zijn. Zo moet het aanlegniveau worden bepaald, de keuze voor stroken of poeren, het eventuele kruipruimteniveau, de gronddekking, enzovoort. Daarnaast moeten de rekenwaarden van de belastingen voor de te onderzoeken grenstoestanden (UGT en BGT) worden vastgesteld. Boven maaiveldniveau zijn deze belastingen min of meer reeds bij de constructeur bekend te veronderstellen, zodat de geotechnisch adviseur de door de grond op het fundament uitgeoefende belastingen kan incalculeren.
De rekenparameters zijn afhankelijk van de Geotechnische Categorie eveneens door de geotechnisch adviseur te bepalen. Eventueel kan ook de zin van een grondverbetering worden beoordeeld (vooral van invloed op de vervormingen). Daarna kan een globaal ontwerp van de fundering op staal worden gemaakt. Ga hiervoor uit van de indicatieve ontwerptabel in figuur A 33-15.
Figuur A 33-15
Ontwerptabel strookfunderingen
Ontwerptabel strookfunderingen
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Uitgangspunten: Zandgrond en φk = 32,5°, geen cohesie
- Hoge grondwaterstanden of een zettingsgevoelige constructie
- Droge ondergrond, GWS meer dan 1 · b' onder fundering, slappe bovenbouw (stalen spanten enzovoort)
Voor vierkante poeren liggen de funderingsdrukken enigszins hoger. Uitgesplitst naar de categorieën I en II volgt in figuur A 33-16 het overzicht.
Figuur A 33-16
Ontwerptabel poerfundering
Ontwerptabel poerfundering
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Uitgangspunten: Zandgrond en φk = 32,5°, geen cohesie
- Hoge grondwaterstanden of een zettingsgevoelige constructie
- Droge ondergrond, GWS meer dan 1 · b' onder fundering, slappe bovenbouw (stalen spanten enzovoort)
Bijzondere grondaspecten
Naast deze algemeen toepasbare ontwerpformules voor vrij homogene grondslagtypen geeft de norm een aantal bezwijkmogelijkheden die rekentechnisch moeten worden getoetst als de ondergrondopbouw en/of de belasting meer gecompliceerd is. Dit behelst aspecten als:
Naast deze algemeen toepasbare ontwerpformules voor vrij homogene grondslagtypen geeft de norm een aantal bezwijkmogelijkheden die rekentechnisch moeten worden getoetst als de ondergrondopbouw en/of de belasting meer gecompliceerd is. Dit behelst aspecten als:
- horizontale schuifveiligheid
- doorponsen van slappe lagen
- squeezen van slappe lagen
- horizontale gronddruk naast het fundament
- kantelveiligheid bij momentbelasting.
A 3340 Berekeningswijze vervormingen
Algemeen
Zoals eerder in deze paragraaf is vermeld, worden de vervormingen van funderingen volgens het Bouwbesluit 2003 niet meer genormeerd. Wel worden in de norm eisen gesteld aan de berekeningswijze van vervormingen en zijn in de toelichting algemene richtlijnen opgenomen voor de toetsing van de relatieve rotatie bij de UGT type B en de BGT.
Zoals eerder in deze paragraaf is vermeld, worden de vervormingen van funderingen volgens het Bouwbesluit 2003 niet meer genormeerd. Wel worden in de norm eisen gesteld aan de berekeningswijze van vervormingen en zijn in de toelichting algemene richtlijnen opgenomen voor de toetsing van de relatieve rotatie bij de UGT type B en de BGT.
Anders dan bij fundering op palen worden de optredende vervormingen bij een fundering op staal niet via een bezwijkweerstandsgrafiek bepaald, maar met behulp van een rekenprocedure uitgaande van de vervormingsparameters van de grondslag. Dit komt neer op het berekenen van de zakkingen per funderingselement, waarbij rekening wordt gehouden met de optredende belastingen, de afmetingen en aanlegdiepten en de spreiding van de extra korrelspanningen in de ondergrond.
Gronddrukverdeling tegen fundering
Afhankelijk van de lastgrootte, de vorm van de funderingsplaat, de grondsoort en de onderlinge stijfheidsverhouding wordt de gronddrukverdeling tegen de onderzijde van het funderingselement bepaald. Terzaghi heeft dit duidelijk geïllustreerd; zie figuur A 33-17.
Afhankelijk van de lastgrootte, de vorm van de funderingsplaat, de grondsoort en de onderlinge stijfheidsverhouding wordt de gronddrukverdeling tegen de onderzijde van het funderingselement bepaald. Terzaghi heeft dit duidelijk geïllustreerd; zie figuur A 33-17.
Figuur A 33-17
Gronddrukverdelings mogelijkheden
Gronddrukverdelings mogelijkheden
De funderingsplaat kan als oneindig stijf worden geschematiseerd als de doorbuiging gering is ten opzichte van de totaalzakkingen.
sgem = (F/Eg) · 2 √B
Op basis van de liggertheorie van Hetényi is afgeleid (zie ook figuur A 33-18):
Plaat zeer stijf:
(Eb/Eg) · (h/B)³ > 2 (doorbuiging 5% van plaatzakking)
Plaat zeer slap:
(Eb/Eg) · (h/B)³ < 0,02 (zakking onder puntlast is 2× gemiddelde zakking, randzakking = 0)
waarin:
| E b | = | elasticiteitsmodulus beton [MN/m²] |
| E g | = | elasticiteitsmodulus grond [MN/m²] |
| h | = | plaatdikte [m] |
| B | = | plaatbreedte of steunpuntsafstand [m] |
| s gem | = | gemiddelde zakking plaat [m] |
| F | = | lijnlast per m¹ strooklengte [MN/m] |
Voor tussenliggende waarden zal een interactieberekening nodig zijn. Zie hiervoor onder het kopje 'Beddingsconstanten' hieronder.
Figuur A 33-18
Relatieve funderingsplaatstijfheid
Relatieve funderingsplaatstijfheid
Zeer stijve platen kunnen met een uniforme grondtegendruk worden berekend ten behoeve van zakkings- en momentbepaling.
Bij zeer slappe platen doen de plaatdelen buiten de invloedszone niet mee aan de krachtswerking. De plaat kan als ligger op verende steunpunten worden berekend (Hetényi) met gebruik van:
k = Eg/2√B [MN/m²] bij een 1 m lang strookdeel (eenheidslengte)
Voorbeeld stijve plaat: funderingsstrook op kleigrond.
| B = 2,5 m | E b = 12.000 MN/m² (lange duur) | stijfheid 3 |
| h = 0,25 m | E g = 4 MN/m² (klei) |
De funderingsstrook is dus als oneindig stijf te beschouwen en de grondtegendruk uniform.
Voorbeeld slappe plaat: brede keldervloer op vast zand met betonwanden.
| B = 7,2 m | E b = 12.000 MN/m² (lange duur) | stijfheid 0,005 |
| h = 0,25 m | E g = 100 MN/m² (vast zand) |
Berekening vloer als lijnlast op plaat met:
k = 100/2√7,2 = 18,6 MN/m¹ plaat MN/m²/m¹
De genoemde gronddrukberekening is ook voor het constructieve gedrag (onder andere wapeningsbepaling) van het funderingselement van groot belang. Hierbij zijn twee grenstoestanden nader te onderzoeken: UGT (bezwijken) en UGT type B (vervormingen of zakkingsverschillen). Zie hiervoor de figuren A 33-19 respectievelijk A 33-20.
Figuur A 33-19
Gronddrukverdeling bij een bezwijkanalyse van een plaatfundering (UGT) (bron: NEN 9997-1, art. 6.8)
Gronddrukverdeling bij een bezwijkanalyse van een plaatfundering (UGT) (bron: NEN 9997-1, art. 6.8)
[ link ]
Figuur A 33-20Gronddrukverdeling bij een deformatie-analyse van een plaatfundering (UGT type B) (bron: NEN 9997-1, art. 6.8)
Met de aldus bepaalde bloklasten kan de funderingsplaat constructief worden gedimensioneerd en zijn de vervormingen te berekenen. De plaat is namelijk niet oneindig stijf. De vloer kan strooksgewijs met Hetényi worden geschematiseerd. Uiteraard kunnen ook computerprogramma's worden ingezet.
Spanningsspreiding Boussinesq c.q. Newmark
Om de vervorming van de grondslag onder een fundament te kunnen berekenen moeten we de gegenereerde belastingsverhoging (toename korrelspanning) kennen. Dicht onder de funderingsplaat is deze wel bekend, maar omdat de krachtsafdracht ruimtelijk geschiedt, is de verdeling met de diepte moeilijker te bepalen. Boussinesq heeft hiervoor een rekenmodel ontwikkeld dat uitgaat van een homogene bodem.
Om de vervorming van de grondslag onder een fundament te kunnen berekenen moeten we de gegenereerde belastingsverhoging (toename korrelspanning) kennen. Dicht onder de funderingsplaat is deze wel bekend, maar omdat de krachtsafdracht ruimtelijk geschiedt, is de verdeling met de diepte moeilijker te bepalen. Boussinesq heeft hiervoor een rekenmodel ontwikkeld dat uitgaat van een homogene bodem.
De korrelspanningstoename op horizontale vlakken onder een puntlast of een kleine bloklast blijkt een klokvormig verloop te hebben; zie figuur A 33-21.
Voor Nederlandse omstandigheden mag volgens NEN 9997-1, art. 6.6.2 met een spanningsconcentratiefactor mσ = 3 worden gerekend. Omdat er echter zelden een geconcentreerde puntlast op het terrein werkt, is het spanningsverloop minder eenvoudig te berekenen.
Ter illustratie van het verloop van de korrelspanningsverhogingen op de diverse vlakken onder een last, wordt in het navolgende een voorbeeld uitgewerkt. Hierbij wordt uitgegaan van een puntlast, groot 1413 kN, overeenkomend met een kleine kolomlast van een gebouw. Deze wordt opgenomen door een plaatfundering met een diameter van 2,0 m of een vierkante poer van 1,80 m. De gegenereerde funderingsdruk wordt nu 450 kN/m².
Figuur A 33-21
Spanningsspreiding voor diverse spanningsconcentratiefactoren en/of grondsoorten
Spanningsspreiding voor diverse spanningsconcentratiefactoren en/of grondsoorten
Rekentechnisch kan dit worden gesimuleerd door de puntlast op een fictieve hoogte 0,4 × 2 = 0,8 m boven het oppervlak te laten aangrijpen. Deze schematisatie geeft een vrij goede benadering van het spanningsverloop, uitgaande van Boussinesq-spreiding volgens NEN 9997-1. In figuur A 33-22 is dit grafisch gepresenteerd.
Uit de figuur is het sterke 'klokvormige' verloop van de spanningen af te leiden. De korrelspanningsverhogingen die midden onder de last optreden zijn het hoogst. Door het uitdempen naar de randen toe hoeft er niet met dit maximum te worden gerekend. Er kan worden volstaan met de meer 'gemiddeld' optredende korrelspanningsverhogingen. Deze gelden in het zogeheten kenmerkende punt op korte afstand van de zijrand.
Figuur A 33-22
Spanningsspreiding in de ondergrond
Spanningsspreiding in de ondergrond
In de grafiek is voor 1 m onder het maaiveld ook het verloop bij een echte bloklast met Boussinesq-spreiding gepresenteerd. De maximale waarde is daarbij zelfs nog iets hoger, namelijk 291 kN/m² ten opzichte van 208 kN/m² (puntlast op 0,8 m boven het maaiveld).
Ter vereenvoudiging van de rekenprocedures wordt in Nederland vaak gebruik gemaakt van een zeer simpel spreidingsmodel, namelijk het spreiden van de belasting onder de funderingsplaat onder een helling van 2:1. Rekentechnisch gezien bedraagt de spanningsverhoging hierbij circa 60% van de maximale waarde (291 kN/m²) in het centrum. Deze is nu 200 kN/m² groot. Dit komt goed overeen met de kenmerkende spanning.
Het simpele model geeft op 1 m diepte een spanningsverhoging ter grootte van 2²/(2 + 1)² × 450 = 200 kN/m². Het is dus een 'veilige' (te grote) benadering. In figuur A 33-22 is dit voor de verschillende diepten gepresenteerd. Ook hieruit blijkt dat dit een veilige afschatting geeft.
Helemaal rechts in deze figuur is ten slotte nog aangegeven hoe het verloop van de opgewekte korrelspanningsverhogingen onder de funderingsplaat met F = 1413 kN met de diepte is. Het blijkt dat na 2 m (de diameter van de fundering) er relatief weinig (minder dan 1/4) extra spanningen worden opgewekt. Vergeleken met de van nature in het terrein heersende verticale korrelspanningen valt af te lezen dat er op 7 m diepte (3,5D) nog maar sprake is van een toename van 20% ten opzichte van deze terreinspanning. Het is deze invloedsdiepte die maatgevend is voor de bepaling van de optredende zettingen. Dieper gelegen lagen mogen daarbij volgens NEN 9997-1 art. 6.6.2(6) worden verwaarloosd.
De zakkingen van het maaiveld onder een cirkelvormige bovenbelasting (bijvoorbeeld een grote ronde olietank) verlopen ook klokvormig. In het midden bedragen ze maximaal
s = q · (r/Eg) · 1,8
waarin:
r = straal funderingsvlak
Aan de rand is dit nog maar 67%. Wordt dezelfde belasting op een zeer stijve plaat gezet, dan is de uniforme zakking 80% van de maximale, of 120% van de randzakking. In het rekenvoorbeeld met vastgepakt zand en Eg = 100 MN/m² bedraagt de uniforme zakking:
s = 0,8 · 1,8 · 450 · 1/100 = 6,5 mm
Voor strookvormige funderingen verloopt de spreiding van de spanningen alleen tweedimensionaal (dus minder).
Om de zakkingen van stroken te kunnen bepalen zijn er speciale spanningsspreidingsgrafieken ontwikkeld. Figuur A 33-23 toont het verloop van de equivalente spanningsverhogingen met de diepte, volgens Boussinesq.
Een snelle methode om de belastingsverhogingen onder een poer of een strook te bepalen is met behulp van het diagram van Steinbrenner (zie figuur A 33-24). Hier wordt de korrelspanningsverhoging in de ondergrond ten behoeve van de zettingsberekening gegeven, afhankelijk van de diepte z en de breedte b van het fundament.
Een op hetzelfde principe gebaseerde methodiek, maar dan voor willekeurige lastoppervlakken, is die van Newmark; zie figuur A 33-25.
Deze grafische methode is destijds in NEN 6744 opgenomen. Bij het uitbrengen van NEN 9997-1 is de methode niet meer beschreven maar zijn in plaats daarvan formules opgenomen waarmee voor verschillende soorten belastingen de spanningstoename in de ondergrond kan worden berekend.
Per specifiek bouwwerk mag er echter op basis van het Gelijkwaardigheidsbeginsel ook van een andere rekenmethodiek gebruik worden gemaakt. Dit moet dan worden aangetoond. Er moet duidelijk worden gesteld dat dit per geval moet worden beschouwd.
Deze grafische methode is destijds in NEN 6744 opgenomen. Bij het uitbrengen van NEN 9997-1 is de methode niet meer beschreven maar zijn in plaats daarvan formules opgenomen waarmee voor verschillende soorten belastingen de spanningstoename in de ondergrond kan worden berekend.
Per specifiek bouwwerk mag er echter op basis van het Gelijkwaardigheidsbeginsel ook van een andere rekenmethodiek gebruik worden gemaakt. Dit moet dan worden aangetoond. Er moet duidelijk worden gesteld dat dit per geval moet worden beschouwd.
Figuur A 33-23
Spanningsverhoging onder strook- en poerbelasting
Spanningsverhoging onder strook- en poerbelasting
[ link ]
Figuur A 33-24Nomogram Steinbrenner belastingsinvloed
[ link ]
Figuur A 33-25Diagram van Newmark voor de verticale normaalspanning op een diepte z als gevolg van een gelijkmatig verdeelde belasting σ0 = Fv/A
De zettingen van de grondslag worden meestal met behulp van computerprogramma's voor funderingen en funderingsstroken berekend. Na het bepalen van de korrelspanningsverhogingen per onderscheiden laag kan ook de deformatie-analyse worden gemaakt. Hierbij is dan met de samendrukkingsformule de vervorming per laag te berekenen. Door sommatie van alle relevante lagen kan zo de totaalzakking van de fundering worden uitgerekend.
Vervormingen van de grond
Volgens NEN 9997-1 is het bij vervormingen van de grond nodig de totale optredende vervorming onder een belasting in drie delen op te splitsen. In formule:
Volgens NEN 9997-1 is het bij vervormingen van de grond nodig de totale optredende vervorming onder een belasting in drie delen op te splitsen. In formule:
sd = s0 + s1 + s2
waarin:
| s d | = | rekenwaarde voor de zakking, in m |
| s 0 | = | schuifvervormingszakking of de onmiddellijk optredende elastische vervorming; deze treedt al in de bouwfase op en mag dus worden verwaarloosd; voor de funderingen op staal geldt s 0 = 0 |
| s 1 | = | rekenwaarde voor de primaire of consolidatiezakking |
| s 2 | = | rekenwaarde voor de secundaire zakking, in m; dit wordt ook wel het seculaire effect of de kruipzakking genoemd |
Elastische vervorming (sel)
Bij zeer kleine belastingsverhogingen zijn de vervormingen over het algemeen ook klein en min of meer als elastisch te beschouwen. De vervormingsberekening kan dan ook goed geschieden met gebruikmaking van de statische elasticiteitsmodulus Eg van de grond. Ook voor deformatie-analyses van funderingen op staal bij goed draagkrachtig zand wordt dit vaak toegepast, te meer daar met gebruikmaking van lineair elastische computerprogramma's de spanningsspreiding zeer nauwkeurig kan worden berekend.
Bij zeer kleine belastingsverhogingen zijn de vervormingen over het algemeen ook klein en min of meer als elastisch te beschouwen. De vervormingsberekening kan dan ook goed geschieden met gebruikmaking van de statische elasticiteitsmodulus Eg van de grond. Ook voor deformatie-analyses van funderingen op staal bij goed draagkrachtig zand wordt dit vaak toegepast, te meer daar met gebruikmaking van lineair elastische computerprogramma's de spanningsspreiding zeer nauwkeurig kan worden berekend.
In algemene formule:
ε = Δσ/Eg
en:
waarin:
| ε | = | rek (indrukking) [-] |
| Δσ | = | effectieve korrelspanningsverhoging per onderscheiden laag [MPa] |
| E g | = | elasticiteitsmodulus van de beschouwde laag [MPa] |
| s tot | = | totale zetting onder de bovenbelasting [m] |
| n | = | aantal onderscheiden lagen [-] |
| h | = | laagdikte per grondlaag [m] |
Berekening zakking
Bij grotere belastingsverhogingen en vooral bij de berekening van de vervorming van slappe klei- en veenlagen is het in het algemeen niet verantwoord om met Eg te werken. Hier moet de consolidatietheorie worden toegepast. Dit komt neer op het berekenen van het verloop van de zakking in de tijd.
Bij grotere belastingsverhogingen en vooral bij de berekening van de vervorming van slappe klei- en veenlagen is het in het algemeen niet verantwoord om met Eg te werken. Hier moet de consolidatietheorie worden toegepast. Dit komt neer op het berekenen van het verloop van de zakking in de tijd.
Basis voor het consolidatieproces is het volledig met water verzadigd zijn (als er opgesloten luchtbelletjes aanwezig zijn, geeft de indrukking hiervan ook bij kleigronden al een directe samendrukking zoals deze in het laboratorium altijd wordt gemeten). Met een slecht doorlatende grond geeft een uitwendige belastingsverhoging een onmiddellijk optredende waterspanningstoename. De korrels kunnen namelijk niet snel in elkaar schuiven (een dichtere pakking verkrijgen), omdat het aanwezige water dit belet. Ten opzichte van het korrelskelet kan het water daarbij als onsamendrukbaar worden beschouwd. Het consolidatieproces is nu te beschouwen als het wegstromen van dit overspannen water naar boven- en ondergelegen goed doorlatende lagen, waarbij de samendrukking van de laag langzaam tot stand komt.
Allereerst wordt hier de in Nederland traditionele samendrukkingstheorie gepresenteerd, waarna ook de internationale aanpak wordt behandeld zoals die in NEN 9997-1 opgenomen is.
Traditionele berekeningswijze
Voor het berekenen van de tijdsafhankelijke samendrukking van cohesieve lagen als gevolg van een belastingsverhoging (korrelspanningsvergroting) wordt de gecombineerde formule van Terzaghi-Buisman gebruikt. Het betreft zowel de primaire als secundaire zakking. Deze luidt als volgt:
Voor het berekenen van de tijdsafhankelijke samendrukking van cohesieve lagen als gevolg van een belastingsverhoging (korrelspanningsvergroting) wordt de gecombineerde formule van Terzaghi-Buisman gebruikt. Het betreft zowel de primaire als secundaire zakking. Deze luidt als volgt:
s1 = H [1/Cp + (1/Cs) · log(t)] · ln(σn/σo)
waarin:
| s 1 | = | samendrukking van de ondergrond [m] |
| H | = | dikte van de samendrukbare laag [m] |
| C p | = | primaire samendrukkingscoëfficiënt [-] |
| C s | = | secundaire samendrukkingscoëfficiënt [-] |
| σ o | = | oorspronkelijke korrelspanning [MPa] |
| σ n | = | nieuwe korrelspanning (na belasten) [MPa] |
Voor de bepaling van de primaire en secundaire samendrukkingscoëfficiënten Cp en Cs wordt verwezen naar NPR-EN-ISO/TS 17892-7.
Zoals uit de formule volgt, kan de zetting worden verdeeld in een primair en een secundair deel. Indien geen nauwkeurige waarden voor de samendrukkingsconstanten beschikbaar zijn, wordt veelal verondersteld dat de primaire zakking (aan het eind van de hydrodynamische periode) en de secundaire zakking (na 10.000 dagen = ruim 27 jaar) even groot zijn. De primaire zakking is tijdsafhankelijk als gevolg van het langzaam wegebben van de (overspannen) waterdrukken.
In figuur A 33-26 is de relatie aangegeven tussen de tijd (in procenten van de hydrodynamische periode) en de samendrukking (in procenten van de primaire 'eindzakking').
Figuur A 33-26
Procentuele zakking tijdens de hydrodynamische periode te
Procentuele zakking tijdens de hydrodynamische periode te
De hydrodynamische periode te is afhankelijk van de dikte (H) en de grondeigenschappen van de belaste samendrukbare laag (met name de verticale volumesamendrukkingscoëfficiënt mv [m²/kN] en de doorlatendheid k [m/s]). In formule:
T = 2,0
t99 = 0,5 H² mv γw/k [s]
t99 = 0,5 H² mv γw/k [s]
of:
t99 = H²/2cv met cv = k/mv · γw [m²/s]
waarin:
| c v | = | verticale consolidatiecoëfficiënt [m²/s]: de verhouding tussen de verandering in de poriënwaterspanning en de hoeveelheid water die gedurende een bepaalde tijdsperiode onder invloed van die belasting uit de poriën wordt geperst |
| m v | = | volumesamendrukkingscoëfficiënt [1/kPa]: de volumeverandering per volume en per drukverandering als gevolg van de consolidatie van grond bij die drukverandering: m v = (1000 · Δh)/(h1 · Δp) |
| k | = | verticale doorlatendheid [m/s] |
| H | = | laagdikte [m] |
| t e | = | t 99 is het praktische einde van de consolidatie [s] |
| γ w | = | volumiek gewicht van water (10 kN/m³) |
Door te stellen t/te = T kan het consolidatieverloop dimensieloos worden weergegeven. Bij T = 2 veronderstelt men dat de eindconsolidatie nagenoeg is bereikt. Zie hiervoor figuur A 33-26.
Voor een nauwkeurige bepaling van de hydrodynamische periode is onderzoek in het laboratorium op ongeroerde grondmonsters noodzakelijk om de waarden voor mv, cv en k te bepalen, een en ander volgens NPR-EN-ISO/TS 17892-7. In de praktijk wordt voor de hydrodynamische periode wel eens de volgende empirische benadering aangehouden:
| voor veen: | t e = H²/20 |
| voor kleiig veen: | t e = H²/10 |
| voor klei: | t e = H²/5 |
Daarbij wordt H (de laagdikte) in meters ingevuld en te in jaren; indien het water als gevolg van de wateroverspanning slechts naar één zijde kan afstromen, moet voor H een waarde van 2 · H worden ingevuld.
In de geotechnische praktijk wordt veelal de (vereenvoudigde) formule van Terzaghi gebruikt, waarmee de eindzakking na 10.000 dagen (ruim 27 jaar) kan worden berekend. In principe zijn daarbij de primaire en secundaire zakkingscoëfficiënt samengevoegd tot C', volgens:
1/C' = 1/Cp + (1/Cs) · log(Δt/Δt1)
Voor Δt = 10.000 dagen (Δt1 = 1,0 dag) geldt dan:
1/C' = 1/Cp + 4/Cs
zodat:
s = H/C' · ln(σn/σo)
Nieuwe berekeningswijze
De berekeningswijze volgens de norm sluit aan op de Europese regelgeving en is gebaseerd op het poriëngetal. Als gevolg van de samendrukking van grond neemt het poriëngetal af; immers, het volume van de poriën neemt af, terwijl het volume van de korrels zelf niet verandert.
De berekeningswijze volgens de norm sluit aan op de Europese regelgeving en is gebaseerd op het poriëngetal. Als gevolg van de samendrukking van grond neemt het poriëngetal af; immers, het volume van de poriën neemt af, terwijl het volume van de korrels zelf niet verandert.
Er is derhalve een relatie tussen de samendrukking en de verandering van het poriëngetal. Op basis van de oorspronkelijk in de Angelsaksische landen gehanteerde formules is de samendrukking daarom gerelateerd aan een verandering van het poriëngetal, waarbij conform de oorspronkelijke Nederlandse methoden onderscheid wordt gemaakt tussen de primaire en de secundaire zetting. In formule:
s/H = {Cc/(1 + e)} · log(σn/σo) + Cα · log(t∞/t1)
waarin:
| s | = | totale zakking [m] |
| H | = | dikte van de laag [m] |
| C c | = | primaire samendrukkingsindex [-] |
| C α | = | secundaire samendrukkingsindex [-] |
| e | = | het oorspronkelijke poriëngetal |
| σ o | = | initiële korrelspanning [kN/m²] |
| σ n | = | nieuwe korrelspanning [kN/m²] |
| t ∞ | = | tijdsduur van de belasting [dagen] |
| t 1 | = | tijdsduur van één dag (= 1,0 dag) |
De e-waarde betreft het poriëngetal voordat enige belasting wordt aangebracht, dus de e-waarde van de natuurlijke grond onder invloed van de terreinspanning (het initiële poriëngetal). De e-waarde is voor alle grondsoorten behalve veen direct gerelateerd aan het volumiek gewicht van de korrels en het volumiek gewicht van de verzadigde grond volgens:
e = (γs - γsat)/(γsat - 10)
In figuur A 33-27 zijn de e-waarden aangegeven voor de verschillende waarden van γsat, uitgaande van γs = 26,5 kN/m³.
Figuur A 33-27
Volumiek gewicht van grond met bijbehorend poriëngetal; de tabel geldt niet voor veen
Volumiek gewicht van grond met bijbehorend poriëngetal; de tabel geldt niet voor veen
| γ sat | e |
| 11 | 15,500 |
| 12 | 7,250 |
| 13 | 4,500 |
| 14 | 3,125 |
| 15 | 2,300 |
| 16 | 1,750 |
| 17 | 1,360 |
| 18 | 1,060 |
| 19 | 0,830 |
| 20 | 0,650 |
Voor veen geldt:
| e = 15,5 | als γ sat = 10 kN/m³ |
| e = 4,9 | als γ sat = 12 kN/m³ |
| e = 2,9 | als γ sat = 13 kN/m³ |
Voor t∞ moet altijd een eindtijd van 10.000 dagen worden aangehouden, tenzij de werkelijke belastingtijd significant korter is.
Voor de secundaire zakking geldt dan:
s2 = 4 H Cα
Hierbij moet worden bedacht dat de korrelspanningen per laag altijd zijn te vergelijken tussen de oorspronkelijke situatie (eventueel met een lage grondwaterstand) en de toestand na het aanbrengen van de bovenbelasting. Men moet rekening houden met de historie van het terrein, de invloed van ontgravingen en het langdurig optreden van waterdrukken tegen keldervloeren. Het is dus zeker niet zo dat de funderingsdruk, zoals die uit de constructie is berekend, ook als korrelspanningsverhoging kan worden beschouwd.
De secundaire samendrukkingsindex Cc en Cα moet worden vastgesteld volgens NPR-EN-ISO/TS 17892-7, de uitvoering van de samendrukkingsproef.
Als theoretische achtergrond - gelet op de moeilijke interpretatie van de samendrukkingsconstanten Cc en Cα - moge dienen:
waarin:
| Δe | = | afname van het poriëngetal door de korrelspanningsverhoging |
| Δσ | = | toename korrelspanning [kN/m²] |
| σ | = | oorspronkelijke korrelspanning [kN/m²] |
| Δε | = | toename van de rek van de grondlaag gedurende het secundaire deel van de samendrukkingsfase (de tijdsperiode Δt [dagen]); dit houdt in dat de rektoename op logaritmische tijdschaal rechtlijnig verloopt |
| Δt | = | tijdperiode [dagen] |
Uit de formules valt af te leiden dat Cc zowel afhankelijk is van de poriëngetalvariatie als van de spanningsverhoging. Dit impliceert een grote overeenkomst met de 'oude' Cp. Cc is slechts in beperkte mate afhankelijk van het spanningsniveau zelf. Bij Cα daarentegen is er alleen een relatie met de rek(verandering). Grote rekken geven ook grote veranderingen in de tijd. Er is dus een sterke koppeling met het spanningsniveau!
Algemeen zakkingsverloop
Nadat bekend is wat de (korrel)spanningsverhoging op de rekenverticaal door het zwaartepunt van het funderingsoppervlak van een stijve fundering is, kan de vervorming (samendrukking) van de grondslag worden berekend. De samendrukking van cohesieve lagen is daarbij sterk afhankelijk van de tijdsduur (consolidatie) en is daarnaast onder te verdelen in een primaire zakking en een secundaire zakking.
Nadat bekend is wat de (korrel)spanningsverhoging op de rekenverticaal door het zwaartepunt van het funderingsoppervlak van een stijve fundering is, kan de vervorming (samendrukking) van de grondslag worden berekend. De samendrukking van cohesieve lagen is daarbij sterk afhankelijk van de tijdsduur (consolidatie) en is daarnaast onder te verdelen in een primaire zakking en een secundaire zakking.
Volgens NEN 9997-1 art. 6.6.2 moet de samendrukking worden bepaald met behulp van de rekenwaarden van de samendrukkingsindexen Cc en Cα, alsmede het poriëngetal van de grondsoort in de beschouwde laag onder het fundament. Genoemde parameters zijn ofwel via laboratoriumproeven te bepalen, ofwel als vereenvoudigde veilige aanname aan de hand van tabel 1 van NEN 9997-1.
Volgens NEN 9997-1 moet de samendrukking worden bepaald met behulp van de rekenwaarden van de samendrukkingsindexen Cc en Cα, alsmede het poriëngetal van de grondsoort in de beschouwde laag onder het fundament. Genoemde parameters zijn ofwel via laboratoriumproeven te bepalen, ofwel als vereenvoudigde veilige aanname aan de hand van tabel 1 van NEN 9997-1.
Voor niet-cohesieve lagen (zand en grind) behoeft er geen rekening te worden gehouden met de secundaire zakking (= 0) en kan ook het tijdseffect van de primaire zakking worden verwaarloosd.
Het consolidatieverloop van cohesieve lagen wordt grotendeels bepaald door de tijd die nog is om het overspannen poriënwater te doen afstromen. Figuur A 33-28 laat het tijdverloop zien.
Figuur A 33-28
Korrel spanningstoename door ophoging
Korrel spanningstoename door ophoging
Bij een lage doorlatendheid en dus een kleine consolidatiecoëfficiënt hoort een lange consolidatieperiode. Figuur A 33-29 geeft het algemene samendrukkingsverloop weer.
Figuur A 33-29
Zakkingsverloop op lineaire tijdschaal getekend. De asymptoot voor de primaire zakking geeft 100% consolidatie aan
Zakkingsverloop op lineaire tijdschaal getekend. De asymptoot voor de primaire zakking geeft 100% consolidatie aan
Het bereiken van 100% consolidatie is sterk afhankelijk van de laagdikte enerzijds en van de consolidatiecoëfficiënt anderzijds. Secundaire zakkingen blijven iets toenemen in de tijd. Het praktisch einde ligt bij t = 10.000 dagen, dat is ruim 27 jaar.
Secundaire zakkingen nemen toe met de logaritme van de tijd. Ook bij een groot secundair aandeel (bijvoorbeeld 50%) wordt het einde praktisch toch op t = 10.000 dagen genomen. Bij geringe korrelspanningstoenames of slechts gering secundair aandeel (bijvoorbeeld 10%) al eerder.
Het totale samendrukkingsverloop wordt meestal voor de duidelijkheid met een logaritmische tijdsschaal aangegeven, zoals figuur A 33-30 laat zien.
Figuur A 33-30
Zakkingsverloop op logaritmische schaal getekend. In dit geval is de verhouding tussen primair en secundair 5:3
Zakkingsverloop op logaritmische schaal getekend. In dit geval is de verhouding tussen primair en secundair 5:3
[ link ]
Figuur A 33-31 (Klik hier voor groot formaat)Primaire zakking in procenten van de eindwaarde voor verschillende waarden van t100
Uitgaande van een gemiddelde cv = 8 · 10-8 m²/s voor klei en een normale consolidatie (tweezijdige afstroming) kan het tijd/samendrukkingsverloop in grafische vorm worden weergegeven volgens figuur A 33-31.
Hieruit kan worden afgeleid dat bij een 5 m dikke kleilaag er in een half jaar tijd slechts 50% van de consolidatie is opgetreden. Indicatief kan worden gesteld dat de grafiek ook voor veen als ontwerpvuistregel geldig is als de laagdikte H daarbij wordt verdubbeld. Zeer dikke lagen klei/veen in West-Nederland kennen dus ook zeer lange consolidatieperioden.
Hieruit kan worden afgeleid dat bij een 5 m dikke kleilaag er in een half jaar tijd slechts 50% van de consolidatie is opgetreden. Indicatief kan worden gesteld dat de grafiek ook voor veen als ontwerpvuistregel geldig is als de laagdikte H daarbij wordt verdubbeld. Zeer dikke lagen klei/veen in West-Nederland kennen dus ook zeer lange consolidatieperioden.
Bij combinaties van lagen is figuur A 33-32 van toepassing.
Figuur A 33-32
Consolidatieverloop in een gelaagde bodem tussen goed doorlatende zandlagen aan de boven- en onderzijde
Consolidatieverloop in een gelaagde bodem tussen goed doorlatende zandlagen aan de boven- en onderzijde
Door de relatief grote doorlatendheid van het veen kan de kleilaag toch nog gemakkelijk consolideren. Hierbij is met de equivalente laagdikte H te rekenen. In formule:
Heq = H1 + H2 √(cv1/cv2)
Omgekeerd kan worden gesteld dat de consolidatie van een tussen twee kleilagen in gelegen veenlaag slechts zeer langzaam verloopt. Hier kan verticale drainage uitkomst bieden.
Toetsing zakkingen
De berekende zakking moet worden getoetst aan de vooraf door de ontwerpers vastgestelde criteria. In NEN 9997-1 art. 2.4.9 is in de toelichting de volgende richtlijn gegeven voor de maximale relatieve rotatie:
De berekende zakking moet worden getoetst aan de vooraf door de ontwerpers vastgestelde criteria. In NEN 9997-1 art. 2.4.9 is in de toelichting de volgende richtlijn gegeven voor de maximale relatieve rotatie:
- uiterste grenstoestand UGT type B: 1 : 100
- bruikbaarheidsgrenstoestand BGT: 1 : 300.
Volgens NEN 9997-1 art. 6.6.2 moet met een zakkingsverschil worden gerekend tussen twee afzonderlijk op staal gefundeerde elementen van ten minste 50% van de gemiddelde waarde van de zakking van de funderingselementen.
Beddingsconstanten
Een simpel model om de gronddrukverdeling tegen een funderingsplaat te berekenen, waarbij dan rekening wordt gehouden met de stijfheid van de (beton)plaat, is het verenmodel van Winkler. Hierbij wordt de ondergrond geschematiseerd tot een aantal lineaire veerelementen, net zoals dit bij damwandcomputerprogramma's geschiedt; zie figuur A 33-33.
Een simpel model om de gronddrukverdeling tegen een funderingsplaat te berekenen, waarbij dan rekening wordt gehouden met de stijfheid van de (beton)plaat, is het verenmodel van Winkler. Hierbij wordt de ondergrond geschematiseerd tot een aantal lineaire veerelementen, net zoals dit bij damwandcomputerprogramma's geschiedt; zie figuur A 33-33.
Figuur A 33-33
Verenmodel of Hetényi-liggertheorie
Verenmodel of Hetényi-liggertheorie
De mate van indrukking van de veer bepaalt de tegendruk tegen de plaat. Uiteraard wordt er verondersteld dat de (grond)veer zich lineair elastisch gedraagt. Er wordt dus geen rekening gehouden met consolidatie of secundaire vervormingen.
Als de plaat cirkelvormig is, is via een axiaal-symmetrisch model de veerstijfheid te relateren aan een proefplaat. Dit levert dan de plaatbelastingsproef op; zie figuur A 33-34.
Figuur A 33-34
Plaatdrukproef
Plaatdrukproef
Als de puntlast wordt omgerekend tot een gelijkmatig verdeelde belasting q over het cirkelvormige oppervlak, is de indrukking van de grondslag per funderingsdruk (een spanning) te bepalen. Dit wordt de beddingsconstante genoemd.
In formule:
k = q/s
q wordt uitgedrukt in MN/m² en s in m, dus k in (MN/m²)/m of MPa/m of MN/m³.
Bij plaatsing van een lijnlast (muur) op een funderingsplaat van beton (keldervloer) is het bepalen van de beddingsconstante bij een gelaagde grondslag met daarin samendrukbare lagen complex. Met toepassing van EEM (eindige elementen methoden) zoals PLAXIS kan dit worden benaderd. Voor eenvoudige projecten is dit vaak te complex. De constructeur wil namelijk met een k-waarde rekenen om de plaat te kunnen dimensioneren, terwijl de grondmechanicus de zakking van de plaat pas goed kan uitrekenen als hij weet over welk oppervlak de bovenbelasting werkt (vaststellen spreiding in de grond).
Daarom wordt de volgende aanpak voorgesteld:
- Bepaal de plaatstijfheid (lange duurwaarde).
- Bereken de meewerkende breedte B van de plaat met Egrond = 10 MPa.
- Verdeel de belasting als q-last over deze breedte.
- De geotechnicus berekent de zakking en daaruit de 'overall' k.
- De constructeur berekent de totale plaat (ligger) met deze k.
Formules:
Plaatstijfheid
EI = 12.000 · 1/12 · 1 · h³ = 1000 h³ [MNm²]
waarin:
h = plaatdikte [m]
Eventueel kan de plaatstijfheid ook in het gescheurde stadium worden bepaald.
EI = 0,5 Eah²104 [MNm²]
Meewerkende breedte volgens Hetényi:
Hierin is:
| B | = | meewerkende breedte [m] |
| λ | = | hulpparameter [-] |
| E | = | elasticiteitsmodulus beton [kN/m²] |
| l | = | traagheidsmoment doorsnede [m 4 ] |
| h | = | plaatdikte [m] |
| d | = | dikte pakket samendrukbare lagen [m] |
Globaal geldt:
Bovenbelasting (belasting per m¹ strook):
q = F/B [MN/m]
Zakking via Terzaghi geeft s [m].
k = q/s [MN/m²]
te verdelen in discrete veren in een liggerprogramma.
Het navolgende rekenvoorbeeld kan dit verduidelijken.
Betonwand op keldervloer geplaatst. Wanden h.o.h. 7,2 m. Zandondergrond Eg = 100 MN/m². Op 1 m diepte een 0,4 m dikke kleilaag Eg = 4 MN/m². Lijnlast 250 kN/m¹ vloerstrook. Vloerdikte h = 0,25 m.
Vraagstelling: is het zinvol om de gronddrukverdeling te benutten of met gemiddelde funderingsdruk tegen de keldervloer te rekenen (als waterdrukmodel)?
Oplossing: plaatstijfheid en meewerkende breedte:
Bovenbelasting:
q = F/B = 0,25/4 = 0,063 MN/m
Elastische zakking:
sgem = (0,063/100) · 1 + (0,063/4) · 0,4 = 0,6 + 6,3 = 7 mm
Terzaghi:
s = (1/500) ln((40 + 33)/40) + (0,4/15) ln((46 + 30)/46) = 1,2 + 13,4 = 15 mm
k = q/s = 0,063/0,015 = 4,2 MN/m²/m¹ vloer
k = q/s = 0,063/0,015 = 4,2 MN/m²/m¹ vloer
Hetényi:
smax = Fλ/2K, met λ = π/B = π/4,0 = 0,78 [m-1]
smax = ((0,25 · 0,78)/(2 · 4,2)) · 10³ = 23 mm
Mmax = F/4λ = (0,25/(4 · 0,78)) · 10³ = 80 kNm/m¹ vloer
smax = ((0,25 · 0,78)/(2 · 4,2)) · 10³ = 23 mm
Mmax = F/4λ = (0,25/(4 · 0,78)) · 10³ = 80 kNm/m¹ vloer
Uniforme tegendruk:
q = (0,25/7,2) · 10³ = 35 kN/m²
Mmax = (1/12) q · l² = (1/12) · 35 · 7,2² = 150 kNm/m¹ vloer
Mmax = (1/12) q · l² = (1/12) · 35 · 7,2² = 150 kNm/m¹ vloer
Conclusie: het rekenen met Hetényi levert een duidelijk voordeel!
Voor puntlasten op platen kan dezelfde procedure worden gevolgd. Door de spreiding in twee richtingen is L hier op 70% aan te houden ten opzichte van de spreiding bij een vloerstrook als ligger.
De beddingsconstante is altijd sterk afhankelijk van de grootte van het lastoppervlak. Het is geen fundamentele grootheid. Bij gelijkblijvende Eg met de diepte is er namelijk een recht evenredig verband tussen de zakking en de straal. In formule:
splaat = Δσv · (r/Eg) · (π/2) · (1 - υ²)
kr = Δσv/wplaat
kr = Δσv/wplaat
Hierin is:
| s plaat | = | zakking plaat [m] |
| Δσ v | = | toename belasting [kN/m²] |
| r | = | straal belastingoppervlak [m] |
| υ | = | dwarscontractiecoëfficiënt = 0,3 [-] |
| k r | = | beddingsconstante bij de betreffende straal r |
Daaruit volgt dat een vergroting van het lastoppervlak (r) leidt tot een verkleining van k.
In Nederland wordt de plaatproef met een r = 0,15 m uitgevoerd, waardoor er gemakkelijk hoge k-waarden kunnen worden gevonden. Allereerst is een correctie voor de officiële plaatproefdiameter Ø 760 mm nodig, waarna er ten behoeve van grotere fundamenten - met bijvoorbeeld ook rechthoekige afmetingen - via de grafiek van figuur A 33-35 aanpassingen kunnen worden aangebracht. Aangezien dit een semi-empirische omrekening is, wordt via de grafiek van figuur A 33-35 ook de mogelijkheid geboden om de k rechtstreeks uit de E-modulus of zelfs de qc-waarde af te leiden.
De grafiek werkt daarbij als volgt:
Gegevens:
Grondslag: zand Eg = 80 MN/m²
Beddingsconstante uit plaatdrukproef: k = 150 MN/m³
splaat = 1,43 · (0,38/80) · q = 0,0068 q
k = (q/0,0068q) = 147 MN/m³, klopt dus
Funderingspoer: vierkant 4 m
Equivalente diameter: 4,5 m
Grondslag: zand Eg = 80 MN/m²
Beddingsconstante uit plaatdrukproef: k = 150 MN/m³
splaat = 1,43 · (0,38/80) · q = 0,0068 q
k = (q/0,0068q) = 147 MN/m³, klopt dus
Funderingspoer: vierkant 4 m
Equivalente diameter: 4,5 m
Gevraagd:
Met welke k moet men rekenen bij een starre fundering?
Met welke k moet men rekenen bij een starre fundering?
Oplossing 1:
Uit het bovenste deel van de grafiek valt af te lezen hoe groot k∗ is vergeleken met k0,76.
Onderste lijn Ø 4,5 m, omhoog naar gemiddelde lijn.
Links naar percentage geeft 27%.
Uitkomst: k4,5 = 0,27 · 150 = 40 MN/m³
Uit het bovenste deel van de grafiek valt af te lezen hoe groot k∗ is vergeleken met k0,76.
Onderste lijn Ø 4,5 m, omhoog naar gemiddelde lijn.
Links naar percentage geeft 27%.
Uitkomst: k4,5 = 0,27 · 150 = 40 MN/m³
Oplossing 2:
Uit het onderste deel van de grafiek valt af te lezen dat voor een D = 4,5 m geldt dat βv = 1,85. Nu bepaling met:
Uit het onderste deel van de grafiek valt af te lezen dat voor een D = 4,5 m geldt dat βv = 1,85. Nu bepaling met:
k = (E · βv)/(0,9√A) = (80 · 1,85)/(0,9√16) = 40 MN/m³
De afname in stijfheid is dus veel minder dan op theoretische grond mag worden verwacht. Dit wordt in belangrijke mate veroorzaakt door het toenemen van de Eg met de diepte en het logaritmische indrukkingsverband. De diepere ondergrond reageert namelijk beduidend stijver. Grond is niet homogeen lineair elastisch.
Figuur A 33-35
Vormfactoren beddingsconstanten
Vormfactoren beddingsconstanten
A 3345 Horizontale belastingen/momenten/ excentriciteiten
Bijzondere belastingen op fundamenten
In normale gevallen zal de belasting vrijwel altijd nagenoeg centrisch op de funderingsstrook of in het midden van de poer aangrijpen. NEN 9997-1 art. 6.5.3 biedt ook de mogelijkheid om meer bijzondere belastingcombinaties te kwantificeren voor wat betreft hun invloed op het draagvermogen van een fundering op staal.
In normale gevallen zal de belasting vrijwel altijd nagenoeg centrisch op de funderingsstrook of in het midden van de poer aangrijpen. NEN 9997-1 art. 6.5.3 biedt ook de mogelijkheid om meer bijzondere belastingcombinaties te kwantificeren voor wat betreft hun invloed op het draagvermogen van een fundering op staal.
Kantelstabiliteit
Op de kantelstabiliteit van de fundering bij grote excentriciteit van de belasting wordt ingegaan in NEN 9997-1 art. 6.5.4. In principe wordt ervan uitgegaan dat het fundament niet zal kantelen zolang de draagkracht van de ondergrond gewaarborgd is. Door het kantelmoment neemt de effectieve funderingsbreedte b' af, waardoor ook de draagkracht van de ondergrond σ'max;d afneemt. Op een gegeven moment - bij een toenemend kantelmoment - zal de draagkracht kleiner worden dan de belasting. Het fundament voldoet dan niet meer.
Op de kantelstabiliteit van de fundering bij grote excentriciteit van de belasting wordt ingegaan in NEN 9997-1 art. 6.5.4. In principe wordt ervan uitgegaan dat het fundament niet zal kantelen zolang de draagkracht van de ondergrond gewaarborgd is. Door het kantelmoment neemt de effectieve funderingsbreedte b' af, waardoor ook de draagkracht van de ondergrond σ'max;d afneemt. Op een gegeven moment - bij een toenemend kantelmoment - zal de draagkracht kleiner worden dan de belasting. Het fundament voldoet dan niet meer.
Voor belastinggevallen waarbij de effectieve breedte van de fundering b' groter is dan ⅔B en de effectieve lengte l' groter is dan ⅔L, kan bij afwezigheid van een grondkerende functie worden volstaan met een controle op horizontaal afschuiven. De kantelstabiliteit en extreme randspanningen zijn in dat geval impliciet getoetst.
Grondkerende constructies
Voor grondkerende constructies geldt een afwijkende berekeningsmethode. Hiervoor wordt verwezen naar A 3600.
Voor grondkerende constructies geldt een afwijkende berekeningsmethode. Hiervoor wordt verwezen naar A 3600.
Horizontale belasting
Horizontale belastingen worden bij het berekenen van fundamenten vectorieel opgeteld met de verticale belastingscomponent, zodanig dat er een schuin gerichte last wordt ingevoerd. Als voorbeeld van een dergelijk belastinggeval kan het bekende driescharnierspunt uit de loodsenbouw worden genoemd. De fundering van de spantpoten krijgt een horizontale spantkracht op te nemen. Figuur A 33-36 demonstreert de sterke afname van het draagvermogen.
Horizontale belastingen worden bij het berekenen van fundamenten vectorieel opgeteld met de verticale belastingscomponent, zodanig dat er een schuin gerichte last wordt ingevoerd. Als voorbeeld van een dergelijk belastinggeval kan het bekende driescharnierspunt uit de loodsenbouw worden genoemd. De fundering van de spantpoten krijgt een horizontale spantkracht op te nemen. Figuur A 33-36 demonstreert de sterke afname van het draagvermogen.
De zogenoemde hellingfactoren (reductiefactoren op de draagkracht) luiden als volgt:
Voor Hd evenwijdig aan b' (κ = 90°) geldt:
Momenten op funderingsplaten worden opgevat als een excentrisch aangrijpende verticale belasting. De berekening verloopt analoog aan een normaal verticaal belast fundament, alleen wordt het fundament nu fictief zodanig verkleind dat het effectief meewerkende deel wel centrisch wordt belast. Dit betekent een versmalling met twee keer de excentriciteitsmaat; zie hiervoor figuur A 33-37. Hierop is ook zichtbaar dat bij een hellende last het glijvlak veel kleiner (en ondieper) wordt.
Figuur A 33-36
Draagvermogen bij een schuin gerichte belastingsvector, zoals bij de spantkrachtafdracht op poeren altijd optreedt
Draagvermogen bij een schuin gerichte belastingsvector, zoals bij de spantkrachtafdracht op poeren altijd optreedt
[ link ]
Figuur A 33-37Schuin excentrisch belaste fundamenten
Naast de berekening van de bezwijkwig van het grondmassief onder de fundering moet er ook nog worden gecontroleerd of de funderingsplaat onder invloed van de horizontale belasting niet over de funderingsgrondslag kan glijden of verschuiven. Hiertoe moet de maximale schuifweerstand worden bepaald. Zie hiervoor de berekeningsmethode van norm NEN 9997-1 art. 6.5.3.
Dit blijkt echter zelden maatgevend te zijn, ook al omdat er vaak naast het fundament een grondlaag aanwezig is, en deze ook nog een passieve gronddruk-reactiekracht levert. Bij grondkeringen kan dit mechanisme wel van belang zijn, zie A 3600.
Rotatieveerstijfheid
Bij toepassing van in een alleenstaande funderingsplaat ingeklemde kolommen of masten is het belangrijk inzicht te verkrijgen in de rotatieveerstabiliteit van het geheel.
Bij toepassing van in een alleenstaande funderingsplaat ingeklemde kolommen of masten is het belangrijk inzicht te verkrijgen in de rotatieveerstabiliteit van het geheel.
Bij rotatie van de fundering treedt aan de ene zijde van de plaat een spanningstoename op, terwijl aan de andere zijde sprake is van een spanningsverlaging; schijnbaar is de plaat kleiner geworden. Zoals volgt uit figuur A 33-35 met de invloed van de grootte van het fundament op de k-waarde, resulteert een kleiner belast oppervlak in een grotere beddingsconstante. De beddingsconstante bij rotatie is dus groter dan bij translatie. Globaal kan een factor 2 worden aangehouden.
Hieronder volgt de algemene formule voor de rotatieveerstijfheid.
waarin:
| C f | = | rotatieveerstijfheid [MNm/rad] |
| E | = | elasticiteitsmodulus [MN/m²], E-modulus grond onder fundament (zie ook figuur A 33-39) |
| A | = | oppervlak van de fundering [m²], A = BL |
| I | = | traagheidsmoment van de fundering in de rotatierichting; voor een rechthoekige doorsnede geldt: I = 1 /12 BL³ [m4 ] |
| β φ | = | vormfactor bij rotatie; β φ = R · βv |
| R | = | vergrotingsfactor rotatie ten opzichte van translatie [1/rad] volgens de navolgende tabel |
| β v | = | vormfactor voor fundamentvorm (zie figuur A 33-35) |
Figuur A 33-38
Rotatie van een fundering
Rotatie van een fundering
[ link ]
Figuur A 33-39Relatie E-modulus qc en φ-waarde ten opzichte van de standaard-plaatbelastingsproef
| Vergrotingsfactor R [1/rad] | ||
| L/B | R | |
| vierkant | 1 | 1,35 |
| rechthoeken | 0,2 | 0,5 |
| 0,5 | 0,8 | |
| 1,5 | 1,7 | |
| 2 | 2,3 | |
| 3 | 3,2 | |
Uit ervaring kan worden gesteld dat een kortstondige belasting (windvlagen, machines, schokbelastingen) een veel stijver grondgedrag genereert dan een permanent of lange tijd aanwezige statische belasting. Dit staat nog los van eventuele consolidatie-effecten bij cohesieve lagen onder de fundering. Globaal kan men ervan uitgaan dat de elasticiteitsmodulus bij kortdurende belastingen een factor 2 à 3 hoger wordt (T < 5 seconden belastingstijd).
Vuistregel:
Edyn.grond = 2,5 Estat.grond
Net als in het geval van de bij de uitvoering van plaatdrukproeven experimenteel gevonden toename van de stijfheid na de eerste lastherhaling moet men er bij de rotatieveerconstante ook op bedacht zijn dat deze bij de eerste belasting wel circa drie keer lager kan zijn dan in een herhaalde (wind)belastingsituatie.
Opgemerkt moet ook nog worden dat er bij veel lastherhalingen degradatie van de grond met betrekking tot stijfheid en sterkte kan optreden (vermoeiingseffect). Ook kan er bij waterverzadigde gronden cyclische verweking optreden. Dit is echter puur specialistenwerk.
A 3350 Taluds
Algemeen
Het op staal funderen in hellende terreinen is in Nederland niet zo gebruikelijk. Omdat de draagkracht echter hard terugloopt als het fundament vlak naast een aflopend maaiveld is geplaatst, wordt er hier toch aandacht aan besteed.
Het op staal funderen in hellende terreinen is in Nederland niet zo gebruikelijk. Omdat de draagkracht echter hard terugloopt als het fundament vlak naast een aflopend maaiveld is geplaatst, wordt er hier toch aandacht aan besteed.
Bij de uitvoering van grondwerk voor het maken van bouwputten komt het daarbij wel veelvuldig voor dat er tot onder het aanlegniveau van een bouwmuur van een belendend perceel wordt gegraven. Juist de stabiliteit van een dergelijke muur moet dan voldoende zijn gewaarborgd. Er is hierbij een ruime veiligheidsmarge aan te houden om de optredende deformaties te beperken!
In figuur A 33-40 worden drie situaties geschetst waarbij er sprake kan zijn van niveauverschillen en een bestaande fundering. Hierbij moet men ook bedenken dat bestaande (oude) funderingen vaak een verbrede voet hebben en dus wel eens door de perceelgrens heen kunnen steken. Zeker als de bouwmuren min of meer aansluitend moeten worden geplaatst, zijn soms speciale overkluizingsconstructies nodig om de bestaande fundering te ontzien.
Figuur A 33-40
Aanlegniveau van een nieuwe staalfundering ten opzichte van een bestaande
Aanlegniveau van een nieuwe staalfundering ten opzichte van een bestaande
Nieuwe fundering op hoger niveau dan de bestaande fundering.
Vaak niet toepasbaar vanwege:
- horizontale belasting op bestaande fundeing.
- eventueel toekomstige sloop van bestaande fundering.
Nieuwe fundering op hetzelfde niveau als de bestaande fundering.
Veelal toepasbaar:
Aandachtpunten:
- stabiliteit bestaande fundering (bouwfase(n) en eindfase).
- weerzijdse beïnvloeding van het zettingsgedrag.
Nieuwe fundering lager niveau dan de bestaande fundering.
Alleen toepasbaar indien voorzieningen worden getroffen vanwege:
- stabiliteit bestaande fundering (bouwfase(n) en eindfase).
Formules
In NEN 9997-1 art. 6.5.2.2 worden voor twee situaties concrete formules gegeven hoe de uiterste draagkracht bij een talud kan worden berekend op basis van figuur A 33-41 en A 33-42.
In NEN 9997-1 art. 6.5.2.2 worden voor twee situaties concrete formules gegeven hoe de uiterste draagkracht bij een talud kan worden berekend op basis van figuur A 33-41 en A 33-42.
Figuur A 33-41
Excentrisch en scheef belast funderingselement nabij een talud zonder berm
Excentrisch en scheef belast funderingselement nabij een talud zonder berm
[ link ]
Figuur A 33-42Centrisch en scheef belast funderingselement nabij een talud met berm met breedte s
Hieronder zijn de correctietermen c.q. reductiefactoren nader uitgewerkt.
λc = (Nqe-α - 1)/(Nq - 1)
λq = (1 - tan β)1,9
λγ = (1 - 0,5 tan β)6
λq = (1 - tan β)1,9
λγ = (1 - 0,5 tan β)6
waarin:
| λ c | = | correctiefactoren voor de cohesie |
| λ q | = | correctiefactoren voor de bovenbelasting |
| λ γ | = | correctiefactoren voor het grondgewicht |
| N q | = | draagkrachtfactor voor de invloed van de aanlegdiepte |
| e | = | het wiskundige getal 2,718... |
| α | = | een hulpparameter, te berekenen met de formule α = 0,0349 · β · tan φ' e;d |
| β | = | de hoek van het maaiveld met de horizontaal, bepaald volgens de beide figuren, in graden (°) |
| φ' e;d | = | rekenwaarde van de (gewogen) effectieve wrijvingshoek in graden (°) |
Als belangrijkste randvoorwaarde geldt daarbij nog dat β (de taludhellingshoek) nooit groter mag zijn dan φ'e;d (de grondwrijvingshoek). Daarnaast geldt dat de aldus berekende correctiefactoren in het algemeen een sterke reductie van het draagvermogen impliceren, zeker als de belasting ook nog onder een helling aangrijpt. Een dergelijk belastinggeval moet dan ook zeer kritisch worden beschouwd, met name als het om grotere strooklengten gaat.
A 3351 Verbetering fundering op staal
Voor nadere gegevens betreffende de mogelijkheden voor de verbetering van een fundering op staal wordt tevens verwezen naar B 5850.
Ondermetselen
Daar waar de veiligheid niet is gewaarborgd moeten constructieve maatregelen worden genomen. Bij een hoog aanlegniveau van de nieuwe fundering kunnen deze bestaan uit het aanbrengen van een zandcementstabilisatie tot op het diepere niveau van de bestaande fundering. Omgekeerd kunnen er constructieve oplossingen worden bedacht, zoals het plaatsen van (renovatie)paaltjes onder de bestaande muur, of het toepassen van bodemverstening door injectie onder deze hooggefundeerde muur, opdat er wel vrijelijk dieper naast kan worden ondergraven. Deze methoden zijn specialistenwerk en worden hier verder niet beschreven. Zo kan er ook worden gekozen voor het plaatsen van een grondkerend scherm (bijvoorbeeld een stalen damwand) om de hoogteverschillen te overbruggen.
Daar waar de veiligheid niet is gewaarborgd moeten constructieve maatregelen worden genomen. Bij een hoog aanlegniveau van de nieuwe fundering kunnen deze bestaan uit het aanbrengen van een zandcementstabilisatie tot op het diepere niveau van de bestaande fundering. Omgekeerd kunnen er constructieve oplossingen worden bedacht, zoals het plaatsen van (renovatie)paaltjes onder de bestaande muur, of het toepassen van bodemverstening door injectie onder deze hooggefundeerde muur, opdat er wel vrijelijk dieper naast kan worden ondergraven. Deze methoden zijn specialistenwerk en worden hier verder niet beschreven. Zo kan er ook worden gekozen voor het plaatsen van een grondkerend scherm (bijvoorbeeld een stalen damwand) om de hoogteverschillen te overbruggen.
Een zeer oude en beproefde methode is het ondermetselen van bestaande op staal gefundeerde muren. Deze wordt in het navolgende behandeld.
Het toepassen van een funderings(niveau)verlaging geschiedt altijd in verschillende deelstappen, zowel qua lengte als qua diepte. Er wordt begonnen met het weggraven van de grond onder de fundering ter diepte van 0,80 à maximaal 1,20 m, om het (tijdelijk) nieuwe aanlegniveau te bereiken. De lengte waarover dit gebeurt moet beperkt blijven tot eveneens circa 1 à 1,5 m, om de bovenliggende muur de gelegenheid te geven door gewelfwerking zijn belasting naar naastgelegen intacte funderingsdelen af te dragen. De zijtaluds moeten daartoe relatief steil worden uitgevoerd.
Op het afgevlakte nieuwe aanlegniveau wordt begonnen met een vlijlaag van betontegels 500 × 500 × 80 mm, waarop een antihechtingslaagje van pvc-folie wordt gelegd. Het opmetselen kan nu in vertandingen vrijwel recht omhoog worden uitgevoerd. Ook is het mogelijk dit met prefab-betonblokken te doen (minder uithardingstijd en mogelijkheid tot vijzelen).
Ter vergroting van de sterkte voor de in een latere fase wederom te benutten gewelfwerking moeten de drie onderste lagen met zogeheten Murfor-wapening worden versterkt. Door deze aan de zijkanten 0,6 m uit te laten steken (tijdelijk omhoogbuigen) is een verankering met het ernaast te maken stuk muurdam mogelijk.
De aansluiting van het nieuwe metselwerk tegen de onderkant aan moet door middel van een 'aangestroomde' rollaag op spanning worden gebracht. Hierdoor worden de naastgelegen delen weer ontlast en kan het risico van het ontstaan van nieuwe zettingen worden geminimaliseerd. Om het metselwerk de tijd te geven te verharden, moet niet direct naast de gemaakte muurdam worden ontgraven, maar moet de volgende kolom 3 à 4 vakken verderop komen.
De figuren A 33-43 en A 33-44 geven de volgorde aan. Het metselwerk van de verschillende muurdammen kan door middel van de vertandingen en de ingebrachte wapening goed tot één geheel worden doorverbonden.
Nadat aldus de gehele muurlengte is ondermetseld, kan de hele procedure worden herhaald om het uiteindelijke aanlegniveau in twee of drie lagen te bereiken. Het definitieve aanlegniveau moet daarbij wel worden voorzien van een voldoende sterke en brede (prefab) gewapende betonsloof. Ook is het mogelijk de aanlegbreedte op traditionele wijze met de zogeheten 'versnijdingen' in metselwerk uit te voeren.
Figuur A 33-43
Principe ondermetselen bestaande fundering
Principe ondermetselen bestaande fundering
[ link ]
Figuur A 33-44Principe ondermetselen bestaande fundering
De genoemde methode is in droge draagkrachtige zandgronden relatief goedkoop en heeft bewezen een afdoende veilige situatie voor mens en bouwwerk op te leveren om bijvoorbeeld een aanleg van een kelder mogelijk te maken.
Bodeminjectie
Een andere methode om onder of direct naast bestaande fundamenten (diepe) ontgravingen te kunnen plegen is het verstevigen van de funderingsgrondslag onder het bestaande fundament. Dit kan geschieden met behulp van bodeminjectie van een meestal tweecomponentig basismateriaal dat na verloop van tijd verhardt en aldus de bestaande grondslag versteent. Voorwaarde voor de toepassingsmogelijkheid van bodeminjectie is uiteraard wel dat de in te brengen injectievloeistof goed in de - al of niet reeds met water gevulde - poriën van het bodemmateriaal kan dringen. Het zal duidelijk zijn dat dit bij grof zand goed lukt, maar bij siltige lagen al veel minder, terwijl kleihoudende bodems veelal niet zijn te injecteren. Voor meer gegevens wordt verwezen naar B 5821.
Een andere methode om onder of direct naast bestaande fundamenten (diepe) ontgravingen te kunnen plegen is het verstevigen van de funderingsgrondslag onder het bestaande fundament. Dit kan geschieden met behulp van bodeminjectie van een meestal tweecomponentig basismateriaal dat na verloop van tijd verhardt en aldus de bestaande grondslag versteent. Voorwaarde voor de toepassingsmogelijkheid van bodeminjectie is uiteraard wel dat de in te brengen injectievloeistof goed in de - al of niet reeds met water gevulde - poriën van het bodemmateriaal kan dringen. Het zal duidelijk zijn dat dit bij grof zand goed lukt, maar bij siltige lagen al veel minder, terwijl kleihoudende bodems veelal niet zijn te injecteren. Voor meer gegevens wordt verwezen naar B 5821.
Kenmerk van de verstening is het aaneenkitten van de losse korrels, zodat het materiaal een hoge cohesie verkrijgt. Het gedraagt zich daarna enigszins vergelijkbaar met gestabiliseerd zand. Uit de resultaten met triaxiaalproeven in het laboratorium aan de hand van achteraf geboorde cilinders uit de versteende grond kan worden vastgesteld of de nagestreefde sterkte ook inderdaad gehaald is. Bij een verticale normaalspanning van 200 kN/m² kunnen aldus zonder zijdelingse steun zuilen in de ondergrond gemaakt worden die de bovenbelasting vrijwel vervormingsvrij naar de diepere vaste lagen kunnen overbrengen. Het injecteren van de ondergrond geschiedt in het algemeen als volgt:
Allereerst worden injectiebuizen ingeboord in een regelmatig patroon met onderlinge afstanden van 0,5 à 0,8 m schuin onder de bestaande fundering. Zo nodig wordt dwars door het aanwezige metselwerk of de aanwezige betonstroken geboord met behulp van diamantkernboren om ook de grond direct onder het aanlegniveau te kunnen injecteren. De ingebrachte injectiebuizen zijn om de 0,3 m geperforeerd, waarbij zij tijdelijk zijn afgedicht. Nadat zo een serie buizen is geïnstalleerd, wordt de injectievloeistof stapsgewijs van onder naar boven uit de perforaties geperst, waarna er een bolvormige uitstroming kan plaatsvinden. Bij het in contact komen met de reeds aanwezige injectievloeistof van een ander injectiepunt zal het materiaal voornamelijk in horizontale richting verder uitstromen. Aldus worden verticale cilinders geformeerd die elkaar ruimschoots overlappen om een doorgaande wand te formeren.
Gemiddeld moet worden gerekend op een injectieverbruik van 400 liter materiaal per m³ te verstenen bodemmateriaal.
Het injectiemateriaal bestaat vaak uit een mengsel van waterglas (een natrium-siliciaatverbinding) en een harder met een instelbare reactiesnelheid. Tijdens het injecteren moet de vloeibaarheid namelijk maximaal zijn om een goede penetratie te bewerkstelligen. Daarna moet de gelvorming spoedig plaatsvinden om wegzakken of uitspoelen te voorkomen. Een snelle en effectieve kwaliteitscontrole van de homogeniteit en sterkte van het geïnjecteerde grondmassief is mogelijk door het maken van enige proefontgravingen van beperkte breedteafmetingen. Vervolgens kunnen eventueel ook cilinders voor het laboratoriumonderzoek worden geboord.
Een groot voordeel van bodeminjectie is de veilige en vervormingsarme constructiewijze, terwijl de inzet van gespecialiseerde aannemers borg staat voor een goede uitvoeringswijze. Als enig nadeel kunnen de relatief hoge aan- en afvoerkosten van het materiaal worden genoemd, waardoor bij kleine projecten de prijs per m³ relatief hoog uitvalt.
Jetgrouten
Recentelijk is in Nederland bij een aantal projecten ervaring opgedaan met een vrij rigoureuze versterkingsmethode van de ondergrond door middel van het formeren van groutkolommen. Kenmerkend voor de methode is de toepasbaarheid bij alle grondsoorten, waarbij de draagkracht van de grond in situ verbeterd wordt door deze te vermengen met cement. Net als bij bodeminjectie kan er ook hier dwars door bestaande funderingen heen worden geboord om de grondslag eronder te versterken. Voor meer gegevens wordt verwezen naar B 5822.
Recentelijk is in Nederland bij een aantal projecten ervaring opgedaan met een vrij rigoureuze versterkingsmethode van de ondergrond door middel van het formeren van groutkolommen. Kenmerkend voor de methode is de toepasbaarheid bij alle grondsoorten, waarbij de draagkracht van de grond in situ verbeterd wordt door deze te vermengen met cement. Net als bij bodeminjectie kan er ook hier dwars door bestaande funderingen heen worden geboord om de grondslag eronder te versterken. Voor meer gegevens wordt verwezen naar B 5822.
Een groot verschil met injecteren is echter dat er bij jetgrouten (ook wel Very High Pressure-grouting of VHP-grouting genoemd) een dusdanig krachtige injectiestraal wordt toegepast dat de bestaande korrelstructuur in een straal van 0,25 à 0,5 m vanaf de boorbuis volledig wordt losgewoeld en vermengd met het ingespoten cement. De werkwijze hierbij is als volgt:
Vanaf maaiveld wordt met behulp van een boorstelling van circa Ø 0,12 m een holle boorbuis met aan het uiteinde een speciale boorspoelkop in de grond gebracht. Na het bereiken van de gewenste diepte wordt er al ronddraaiend een zeer krachtige groutstraal in de grond gespoten. De buis wordt nu al groutend langzaam tot aan het bovenniveau van de te versterken grondkolom gebracht.
Door de vermenging van de grout met de bestaande grondslag zal het duidelijk zijn dat de drukvastheid van de gevormde kolom in zandgronden veel hoger is dan die in klei. Gedacht kan worden aan drukvastheden van circa 10 à 20 N/mm² tot in ongunstige situaties 3 à 5 N/mm². Door de grote diameter en de mogelijkheid van aanleg tot in een vaste zandlaag kunnen er grote draagvermogens worden gerealiseerd.
Er zijn drie systemen van groutinbreng te onderscheiden:
- Alleen groutinjectie (mono-jet- of eenfasesysteem). Hierbij wordt de grond in beperkte mate gefluïdeerd en wordt slechts een geringe diameter gerealiseerd.
- Met luchtstraalomhulling om meer snijwerking te bereiken: het bi-jet-systeem (tweefasensysteem).
- Met een voorlopende watersnijstraal gevolgd door een groutstraal ter opvulling van het gefluïdeerde watergrondmengsel. Dit wordt het moderne tri-jet-systeem (driefasensysteem) genoemd. Hiermee kunnen kolommen van 0,8 à 1,5 m worden gerealiseerd.
Het materieel is dermate compact dat er vlak langs belendende percelen kan worden gewerkt, en eventueel ook in beperkt bereikbare ruimten.
Vanwege de vorming van een grote kolom vloeibare suspensie verdient het ontwerp van jetgroutkolommen in slappe grondslag bijzondere aandacht met betrekking tot de gatstabiliteit en de kans op insnoering. Meestal kan dit met een praktijkproef op overtuigende wijze worden beoordeeld. Dan zijn ook de parameters zoals waterdruk en -debiet en de trek- en draaisnelheden in relatie tot de gewenste kolomdiameter nauwkeurig te bepalen om het te maken werk zo efficiënt mogelijk uit te voeren.
A 3355 Grondverbeteringen
Doel grondverbetering
Grondverbeteringen worden op grote schaal toegepast bij het bouwen met een fundering op staal. Vaak bestaat de grondverbetering uit het vervangen van (verontreinigde) slecht draagkrachtige lagen door schoon zand. Indien de diepte-omvang van de te vervangen laag beperkt is, is dit een zeer efficiënte methode om op goedkope wijze een fundering op staal mogelijk te maken.
Grondverbeteringen worden op grote schaal toegepast bij het bouwen met een fundering op staal. Vaak bestaat de grondverbetering uit het vervangen van (verontreinigde) slecht draagkrachtige lagen door schoon zand. Indien de diepte-omvang van de te vervangen laag beperkt is, is dit een zeer efficiënte methode om op goedkope wijze een fundering op staal mogelijk te maken.
Hierbij kan ook worden vermeld dat er - in navolging van de bouwrijpmakingsmethoden - ook bij funderingen tegenwoordig grondvervangingen/verbeteringen met lichte materialen plaatsvinden. Vooral in gebieden met een weinig draagkrachtige grondslag kan het efficiënt zijn een deel van de bestaande klei-veenondergrond af te graven en deze te vervangen door licht ophoogmateriaal.
Hiervoor komen in aanmerking:
- polystyreenschuimblokken
- argexkorrels
- schuimslakken
- schuimbeton.
In deel B van het handboek wordt een aantal materiaalparameters gepresenteerd.
Bekend zijn de verzakkingsproblemen van woningen in de oude binnensteden van West-Nederland. Hier is al op verschillende plaatsen met succes het probleem geëlimineerd van woningzakking door overbelasting van de houten paalfunderingen door negatieve kleef als gevolg van oude zandophogingen.
Ook voor licht belaste bedrijfsvloeren kan een dergelijke oplossing om een belastingneutrale vloerconstructie te ontwerpen erg geschikt zijn. In plaats van het volledig onderheien en het maken van een vrij dragende vloerconstructie kan dan worden overwogen om 0,85 m schuimbeton en een 0,15 m dikke betonvloer te maken. Vergeleken met de ontlasting van circa 0,9 m grond (14,5 kN/m²) bedraagt het nieuwe pakket slechts 0,85 × 6 + 0,15 × 24 = 8,7 kN/m². Er is dus nog reserve voor circa 6 kN/m² voordat er daadwerkelijk sprake is van korrelspanningsverhogingen op de ondergrond. Naast de belastingsreductie geldt bij schuimbeton ook nog een aanzienlijke stijfheidstoename van de vloer en een groot lastspreidend vermogen.
Voor eenvoudige bouwconstructies zoals vakantiewoningen, schuurtjes enzovoort kan ook worden volstaan met het funderen van de bovenbouw op een circa 0,6 m dikke schuimbeton-funderingsplaat. Een dergelijke oplossing is ook al vaak bij tennishallen toegepast. Hier kan de afwerking simpel uit een dunne anhydrietvloer bestaan.
Bij het ontwerp van een grondverbeteringslaag gelden de volgende doelen:
- Het technisch mogelijk maken van een fundering op staal.
Afzien van een (dure) paalfundering. - Vergroting van de draagkracht van de grond.
- Vermindering zettingen.
Omdat de laag grond direct onder een funderingselement een hoog spanning sniveau heeft (zie figuur A 33-22), met een afname tot maximaal 50% op 1 · b onder het aanlegniveau, is het verbeteren van met name de samendrukkingseigenschappen van juist deze laag zeer effectief. De optredende zettingen (vervormingen) na aanleg van het bouwwerk worden hierdoor dus drastisch beperkt. - Het realiseren van een meer homogene grondslag onder de funderingselementen.
Dit kan al worden bereikt door de bestaande grondslag intensief af te trillen. Door de bereikte grotere pakkingsdichtheid neemt de verschilzettingsgevoeligheid af. - Bij leem- en lössgronden heeft het uitvoeren van een grondverbetering met name tot doel de uitvoeringsgevoeligheid voor verweking bij regenval sterk te reduceren. Ook kleigronden kunnen op deze manier met een zandafdekking beter begaanbaar worden gemaakt.
- Grondverbeteringen van goed gegradeerd grof zand verbeteren de waterhuishouding van de ondergrond in sterke mate. De zandlaag kan hierbij als kwel- en drainagelaag dienen om afvoer van surplus aan water mogelijk te maken.
Consequenties grondverbetering
Het toepassen van een grondverbetering onder een fundering op staal heeft soms vèrgaande consequenties. Daarom spelen veel ontwerpers voor de zekerheid op safe en kiezen ze toch voor een paalfundering. Met funderingen op staal kan echter vaak op economisch verantwoorde wijze een veilige en vervormingsarme constructie worden gerealiseerd. Dit handboek beoogt daartoe ook de constructeur meer gereedschap in handen te geven om een adequate fundering te ontwerpen.
Het toepassen van een grondverbetering onder een fundering op staal heeft soms vèrgaande consequenties. Daarom spelen veel ontwerpers voor de zekerheid op safe en kiezen ze toch voor een paalfundering. Met funderingen op staal kan echter vaak op economisch verantwoorde wijze een veilige en vervormingsarme constructie worden gerealiseerd. Dit handboek beoogt daartoe ook de constructeur meer gereedschap in handen te geven om een adequate fundering te ontwerpen.
Een overzicht van mogelijke consequenties:
- Er is in vergelijking met een fundering op palen meer graafwerk in de bouwput noodzakelijk.
- Ten opzichte van een fundering op palen zijn in het algemeen grotere poeren noodzakelijk.
- Er is een zeer simpele draagconstructiewijze op de sloven mogelijk, omdat er vrijwel geen langsmomenten ontstaan.
- Snelle uitvoeringswijze, omdat er geen paalfabricage nodig is.
- Soms is er bij (onverwacht) diepe aanleg een tijdelijke bemaling noodzakelijk om in voldoende droge grond te kunnen werken. De drooglegging moet minimaal 0,3 m zijn.
- Afvoer van vervuilde grond(boven)lagen kan zowel positief (milieutechnisch) als negatief (financieel) worden beoordeeld.
- De omvang van de grondverbeteringshoeveelheid is vooraf niet altijd nauwkeurig te voorspellen.
Technische randvoorwaarden grondverbetering
Teneinde een goed ontwerp van de grondverbetering mogelijk te maken volgt hier een aantal randvoorwaarden c.q. aanbevelingen om het geheel te kwantificeren. Nadere gegevens met betrekking tot de uitvoering zijn ook in A 4100 opgenomen.
Teneinde een goed ontwerp van de grondverbetering mogelijk te maken volgt hier een aantal randvoorwaarden c.q. aanbevelingen om het geheel te kwantificeren. Nadere gegevens met betrekking tot de uitvoering zijn ook in A 4100 opgenomen.
- Grondwaterstand bij uitvoering dient minimaal 0,3 m onder het ontgravingsniveau te liggen.
- Vervanging van minder draagkrachtige lagen, zijnde alle lagen met een q < 2 MPa tot op een diepte van 1,5 b' onder het funderingsaanlegniveau.
- Kies de 'aanlegbreedte' van de grondverbetering ten minste zodanig dat de strook bovenbelasting onder 45° naar de ondergrond kan worden gespreid (zie figuur A 33-5). Dit mag daarbuiten - als ingravingslijn - zeer steil worden opgezet. Een en ander moet geschieden volgens de richtlijnen van de Arbeidsinspectie voor sleuven.
Volgens norm NEN 9997-1 art. 6.5.2.2(e) mag met de gunstige invloed van de grondverbetering rekening worden gehouden indien de breedte van de grondverbetering (αe) tenminste 4 b' bedraagt. - Er is in vergelijking met een fundering op palen meer graafwerk in de bouwput nodig.
- Kies een goed verdichtbaar aanvulmateriaal (zand), liefst met een goede gradering, zodanig dat alle fracties aanwezig zijn. Scherp zand is beter verdichtbaar dan (rond) duinzand.
Rekentechnisch mogen voor een goed verdichte zandlaag (qc > 5 MPa op 0,5 m diepte) de volgende parameters worden aangehouden:Tabel grondparameters verdicht zand φ' k= 32,5 - 35°E stat= 150 MPaγ k= 18 kN/m³C c= 0,003γ k;sat= 20 kN/m³C α= 0R n> 0,67 - In verband met de technische beperkingen van het te gebruiken verdichtingsmaterieel verdient het aanbeveling om de laagdikte van de aan te brengen zandlagen per keer te beperken tot 0,3 m. Tevens dient te worden opgemerkt dat de maximale Proctordichtheid pas wordt behaald met een optimaal vochtgehalte van het zand van circa 8% (M/M).
Inzet van zware trilwalsen kan leiden tot instabiliteit van nabijgelegen taluds en/of trillingshinder bij belendende percelen. - Zeer draagkrachtige grondverbeteringen kunnen worden gerealiseerd met gestabiliseerd zand. Met relatief weinig verdichtingsenergie kan op deze wijze toch een zettingsvrije aanleg worden verkregen.
Mits goed uitgevoerd en met een druksterkte van 1,5 MPa, kan de stabilisatielaag als een diep gelegen fundament worden beschouwd. Dit impliceert - door de grotere aanlegbreedte en -diepte - een flinke verhoging van het bezwijkdraagvermogen en een eveneens grote reductie van de optredende vervormingen.
A 3356 Funderingen op geëxpandeerd polystyreen (EPS)
Auteur:
Stybenex, Zaltbommel
Stybenex, Zaltbommel
Materiaalbeschrijving en eigenschappen
Geëxpandeerd polystyreen (EPS) - vroeger ook wel PS-hardschuim, tempex of piepschuim genoemd en voornamelijk bekend als isolatie- en verpakkingsmateriaal - wordt steeds vaker toegepast als licht funderingsmateriaal in de Woning- en Utiliteitsbouw (W en U) en de Grond-, Water- en Wegenbouwsector (GWW-sector). Uit de grondstof aardolie wordt via een chemisch proces monostyreen gevormd, dat na polymerisatie en onder toevoeging van een blaasmiddel (pentaan) tot kleine glasachtige korreltjes wordt gevormd, de grondstof. Vervolgens worden in een tweetal stappen de korreltjes opgeblazen tot parels en de platen, vormdelen en blokken polystyreenschuim gevormd.
Geëxpandeerd polystyreen (EPS) - vroeger ook wel PS-hardschuim, tempex of piepschuim genoemd en voornamelijk bekend als isolatie- en verpakkingsmateriaal - wordt steeds vaker toegepast als licht funderingsmateriaal in de Woning- en Utiliteitsbouw (W en U) en de Grond-, Water- en Wegenbouwsector (GWW-sector). Uit de grondstof aardolie wordt via een chemisch proces monostyreen gevormd, dat na polymerisatie en onder toevoeging van een blaasmiddel (pentaan) tot kleine glasachtige korreltjes wordt gevormd, de grondstof. Vervolgens worden in een tweetal stappen de korreltjes opgeblazen tot parels en de platen, vormdelen en blokken polystyreenschuim gevormd.
EPS bestaat voor 98% uit lucht. Het is vormvast en op druk belastbaar en kan daarom worden toegepast als lichtgewicht funderingsmateriaal in de GWW-sector en onder gebouwen, vloeren, parkeerterreinen en dergelijke. Het materiaal rot of schimmelt niet. De specifieke eigenschappen worden bepaald door de toepassing. De gewenste kwaliteit voor een bepaalde toepassing wordt onder andere gerelateerd aan de volumieke massa (15-35 kg/m³ in droge toestand):
- Druksterkte korte duur: 80-260 kPa bij 10% vervorming.
- Elasticiteitsmodulus: 4000-12000 kPa bij minder dan 1% vervorming.
- Kruipvervorming: <1% bij een lange-duurbelasting van circa 25% van de korte-duur-druksterkte. Reken veiligheidshalve op 2% over 50 jaar.
- Lange-duur-druksterkte: één vierde van de korte-duur-druksterkte (20-60 kPa).
In B 2140 wordt verder ingegaan op de materiaaleigenschappen van EPS.
Toepassingsgebied
Funderingen op EPS worden veelal toegepast in gebieden met slechte draagkracht (slappe lagen) en meestal bijbehorende hoge grondwaterstanden. De toepassing is dus meestal in de vorm van plaatfundering over een heel oppervlak. Het principe van het funderen met EPS bestaat uit het niet (of zo weinig mogelijk) verstoren van het bestaande verticale evenwicht. Daartoe wordt meestal de aanwezige bovenlaag verwijderd en vervangen door EPS.
Funderingen op EPS worden veelal toegepast in gebieden met slechte draagkracht (slappe lagen) en meestal bijbehorende hoge grondwaterstanden. De toepassing is dus meestal in de vorm van plaatfundering over een heel oppervlak. Het principe van het funderen met EPS bestaat uit het niet (of zo weinig mogelijk) verstoren van het bestaande verticale evenwicht. Daartoe wordt meestal de aanwezige bovenlaag verwijderd en vervangen door EPS.
Soorten bouwwerken
Zettingsarme constructies
Door de combinatie van drukvastheid, vormvastheid en licht gewicht kan EPS worden toegepast in funderingen van constructievloeren in bedrijfsgebouwen. De draagconstructie van de bedrijfsgebouwen zelf geschiedt dan meestal op palen. Ook terrassen, parkeerplaatsen en toevoerwegen kunnen op deze wijze gefundeerd worden. EPS kan tevens worden toegepast voor de totale fundering van woningen, garages en schuren. Voorwaarde is echter dat deze een beperkte massa hebben (bijvoorbeeld houtrijke systeembouw). Dilataties zijn nodig in verband met kruipvervorming.
Door de combinatie van drukvastheid, vormvastheid en licht gewicht kan EPS worden toegepast in funderingen van constructievloeren in bedrijfsgebouwen. De draagconstructie van de bedrijfsgebouwen zelf geschiedt dan meestal op palen. Ook terrassen, parkeerplaatsen en toevoerwegen kunnen op deze wijze gefundeerd worden. EPS kan tevens worden toegepast voor de totale fundering van woningen, garages en schuren. Voorwaarde is echter dat deze een beperkte massa hebben (bijvoorbeeld houtrijke systeembouw). Dilataties zijn nodig in verband met kruipvervorming.
Een bijzondere toepassing van EPS is de renovatie van hele woonwijken waar de bovenbelasting door tuinen, wegen en dergelijke tot een onverantwoorde negatieve kleef op de paalfundering van de woningen leidde (Capelle a/d IJssel - Oostgaarde).
Voorkomen zijdelingse belasting
Grondaanvulling naast bouwwerken kan niet alleen tot een verhoging van de verticale belasting op de fundering leiden, maar ook tot ongewenste horizontale krachten. Een 'getrapte' aanvulling met EPS voorkomt beide. Dit is zowel toe te passen bij renovatie als bij een situatie waarbij een bestaande belasting opgeheven moet worden. Een voorbeeld hiervan is de renovatie van de Grote Sluis te Vianen. EPS wordt ook toegepast bij landhoofden van viaducten en bij op- of afritten om zijdelingse belasting te voorkomen of te verminderen.
Grondaanvulling naast bouwwerken kan niet alleen tot een verhoging van de verticale belasting op de fundering leiden, maar ook tot ongewenste horizontale krachten. Een 'getrapte' aanvulling met EPS voorkomt beide. Dit is zowel toe te passen bij renovatie als bij een situatie waarbij een bestaande belasting opgeheven moet worden. Een voorbeeld hiervan is de renovatie van de Grote Sluis te Vianen. EPS wordt ook toegepast bij landhoofden van viaducten en bij op- of afritten om zijdelingse belasting te voorkomen of te verminderen.
[ link ]
Figuur A 33-45Renovatie Oostgaarde
Voorkomen vorstschade
De isolerende eigenschappen van EPS kunnen gebruikt worden om funderingen op staal die niet afdoende zijn beschermd tegen vorstinvloeden van buitenaf (zoals bij gevelbeëindigingen, kunstijsbanen en vriesvemen) te beschermen. Door toepassing van platen van afdoende dikte (horizontaal en/of verticaal) kan gebruik gemaakt worden van de permanente geothermische warmtetoevoer.
De isolerende eigenschappen van EPS kunnen gebruikt worden om funderingen op staal die niet afdoende zijn beschermd tegen vorstinvloeden van buitenaf (zoals bij gevelbeëindigingen, kunstijsbanen en vriesvemen) te beschermen. Door toepassing van platen van afdoende dikte (horizontaal en/of verticaal) kan gebruik gemaakt worden van de permanente geothermische warmtetoevoer.
Ophogen en draineren
EPS wordt in de GWW-sector algemeen toegepast voor ophogingen, drainage (waarvoor een speciale 'gesinterde' kwaliteit wordt gemaakt) en op die plaatsen waar gewichtsvermindering moet plaatsvinden, zoals bij overkluizing van leidingstraten en persleidingen.
EPS wordt in de GWW-sector algemeen toegepast voor ophogingen, drainage (waarvoor een speciale 'gesinterde' kwaliteit wordt gemaakt) en op die plaatsen waar gewichtsvermindering moet plaatsvinden, zoals bij overkluizing van leidingstraten en persleidingen.
Diverse toepassingen
Ook drijvende tuinen, bruggetjes en steigers zijn met EPS te vervaardigen.
Ook drijvende tuinen, bruggetjes en steigers zijn met EPS te vervaardigen.
Voor- en nadelen
Afhankelijk van de toepassing kunnen de volgende voordelen van de toepassing van EPS genoemd worden:
Afhankelijk van de toepassing kunnen de volgende voordelen van de toepassing van EPS genoemd worden:
- laag eigen gewicht (circa 20 kg/m³), zelfs bij langdurige onderdompeling (100 kg/m³)
- vormvast en stabiel
- op druk belastbaar, beperkte indrukking
- duurzaam, beperkt krimpgedrag
- drijfvermogen bruikbaar
- eenvoudig verwerkbaar
- uitloogvrij, geen afgifte van gevaarlijke stoffen.
De volgende nadelen zijn te noemen:
- afdekken met folie als bescherming
- cunetbodem vlak afwerken
- gevaar voor opdrijven (zie ook hiervoor)
- enige kruipvervorming
- vrijkomen giftige stoffen bij verbranding.
[ link ]
Figuur A 33-46Oprit Hardinxveld Giessendam
Uitvoeringswijze
Blokken en platen van EPS worden af fabriek geleverd in standaardmaten (dikte 0,10 tot 1,0 m; breedte tot 1,20 m en lengten tot wel 10 m), afhankelijk van de leverancier. Bij het uitvoeren van een werk waarin EPS wordt toegepast, dient dus rekening te worden gehouden met de specifieke eigenschappen van EPS.
Blokken en platen van EPS worden af fabriek geleverd in standaardmaten (dikte 0,10 tot 1,0 m; breedte tot 1,20 m en lengten tot wel 10 m), afhankelijk van de leverancier. Bij het uitvoeren van een werk waarin EPS wordt toegepast, dient dus rekening te worden gehouden met de specifieke eigenschappen van EPS.
Opslaan op het werk
- EPS dient zo snel mogelijk verwerkt te worden nadat het op het werk is aangevoerd ter voorkoming van opslagproblemen en beschadiging.
- Indien het EPS niet op dezelfde dag kan worden verwerkt, kan dit het best in een afgesloten ruimte worden opgeslagen ter voorkoming van wegwaaien en brandstichting door vandalisme.
- EPS mag, als het niet binnen kan worden opgeslagen, niet te lang aan UV-licht blootgesteld worden.
Legplan
- Van tevoren moet de aannemer een legplan maken waarin is aangegeven hoe de blokken of platen EPS ten opzichte van elkaar moeten worden gelegd; hiermee wordt onnodig materiaalverlies voorkomen en krijgt de opdrachtgever zekerheid dat het EPS zorgvuldig wordt gestapeld.
- Het EPS-pakket moet uit ten minste twee lagen bestaan en geen doorgaande verticale naden hebben, behalve waar dat om specifieke redenen juist wel nodig is.
Aanbrengen afdekfolie
Afdekken van EPS met folie is noodzakelijk. Dit heeft een aantal redenen:
Afdekken van EPS met folie is noodzakelijk. Dit heeft een aantal redenen:
- Ongedierte zoals muizen en ratten nestelen in EPS en vreten het aan.
- EPS is gevoelig voor inwerking door benzine en dergelijke.
- De dilataties in EPS mogen niet gevuld raken met beton of andere materialen.
Ruim leggen van afdekfolie over het EPS voorkomt dat de folie direct scheurt door eventuele kleine vervormingen in het EPS.
Verdichten
- Een normale ondergrond dient bij voorkeur dynamisch verdicht te wor den, bijvoorbeeld met trilwalsen of -platen.
- De lagen boven het EPS moeten statisch worden verdicht. In verband met de geringe dieptewerking van het statisch verdichten dienen de lagen boven het EPS in dunne laagjes aangebracht c.q. verdicht te worden. Rijkswaterstaat beveelt aan bij landhoofden op het EPS een betonlaag van 100 à 150 mm te storten, zodat er een klankbodem wordt gecreëerd voor het verdichten van het zand (zie Handleiding Wegenbouw, Ontwerp Overgangsconstructies).
Overige materialen
De materialen die boven op het EPS moeten worden aangebracht mogen niet zwaarder, maar ook niet lichter zijn dan in het ontwerp is voorzien; bij toepassing van zwaardere materialen kan de constructie meer verzakken dan verwacht, en bij toepassing van te lichte materialen kan de constructie gaan opdrijven.
De materialen die boven op het EPS moeten worden aangebracht mogen niet zwaarder, maar ook niet lichter zijn dan in het ontwerp is voorzien; bij toepassing van zwaardere materialen kan de constructie meer verzakken dan verwacht, en bij toepassing van te lichte materialen kan de constructie gaan opdrijven.
Materiaal/gereedschap
Speciaal materiaal is meestal niet nodig: twee personen kunnen een blok gemakkelijk dragen. Transport op grote afstand kan gebeuren met een shovel of platte wagen. Voor het op maat maken kan een grove zaag, speciale gloeibeugel of motorkettingzaag worden gebruikt.
Speciaal materiaal is meestal niet nodig: twee personen kunnen een blok gemakkelijk dragen. Transport op grote afstand kan gebeuren met een shovel of platte wagen. Voor het op maat maken kan een grove zaag, speciale gloeibeugel of motorkettingzaag worden gebruikt.
Beschermingsmiddelen
Specifiek beschermingsmiddelen zijn niet nodig. Bij fel zonlicht is het echter aan te raden een zonnebril te dragen om hinderlijke reflectie (EPS is spierwit) tegen te gaan.
Specifiek beschermingsmiddelen zijn niet nodig. Bij fel zonlicht is het echter aan te raden een zonnebril te dragen om hinderlijke reflectie (EPS is spierwit) tegen te gaan.
Randvoorwaarden voor toepassing
Bij toepassing moet rekening gehouden worden met de volgende randvoorwaarden:
Bij toepassing moet rekening gehouden worden met de volgende randvoorwaarden:
- De bouwput/het cunet moet drooggezet kunnen worden tijdens de bouwfase; de grondslag moet vlak worden afgewerkt.
- Rekening houden met fasering van de bouw in verband met verticaal evenwicht en de kans op opdrijven.
- Een veiligheidsfactor van 1,2 tegen opdrijven incalculeren (permanent en tijdens de bouw).
- Rekenen met maximale (100 kg/m³) en minimale volumieke massa (15 of 20 kg/m³).
- Afdekfolie aanbrengen.
- Bescherm het EPS tijdens het leggen van kabels en leidingen; houd het EPS vrij en gebruik geen open vuur. Bij verbranding komen giftige stoffen vrij.
- Indien plaatselijk grote puntlasten op de afwerking (betonconstructie) kunnen voorkomen: pas de wapening aan in relatie tot de elasticiteitsmodules van EPS ('verend ondersteunende plaat').
Figuur A 33-47
Renovatie grote sluis Vianen
Renovatie grote sluis Vianen
Voorbeeld toepassing
Gevraagd wordt de betonvloer in een grote opslaghal (waarvan de constructie op palen is gefundeerd tot de vaste grondslag) te funderen op EPS.
Gevraagd wordt de betonvloer in een grote opslaghal (waarvan de constructie op palen is gefundeerd tot de vaste grondslag) te funderen op EPS.
- Oude maaiveld = 0,20 m - PEIL.
- Bovenkant fundering van de constructie (poeren en randbalken) = PEIL.
- Bovenkant betonvloer = PEIL.
- Grondslag ρ = 1700 kg/m³; grondwater = 1,0 m - PEIL.
- Rustende belasting circa 5,0 kN/m²; veranderlijke belasting 5,0 kN/m², permanent aanwezig.
- Toepassing EPS 30; ρreken = 100 kg/m³.
Aan gronduitwisseling is nodig:'Cunet' ontgraven tot 0,20 + 0,625 + 0,075 (t.b.v. zand) = 0,90 m onder PEIL. Aanvullen met 7,5 cm zand, dan tot onderkant vloer (≈ 0,20 - PEIL) is circa 0,6 m EPS 30.
Aangenomen is dat er geen extreme puntlasten zijn die daarnaast ook extra eisen aan de betonvloer zouden stellen.
A 3357 Funderingen op schuimbeton
Auteur:
Stichting Schuimbeton Nederland, 's-Hertogenbosch
Stichting Schuimbeton Nederland, 's-Hertogenbosch
Materiaalbeschrijving en eigenschappen
Schuimbeton is een lichte betonsoort met als voornaamste grondstoffen cement, water en lucht. Bij de vervaardiging van het materiaal wordt schuim (schuimmiddel, water en lucht) met cementlijm (cement en water) gemengd, waardoor na verharding van de cementlijm een steenachtig materiaal met hoge porositeit overblijft. Het schuim vervult slechts een tijdelijke rol in het vervaardigingsproces van het product: het op gecontroleerde wijze inbrengen van luchtbellen in de cementlijm.
Schuimbeton is een lichte betonsoort met als voornaamste grondstoffen cement, water en lucht. Bij de vervaardiging van het materiaal wordt schuim (schuimmiddel, water en lucht) met cementlijm (cement en water) gemengd, waardoor na verharding van de cementlijm een steenachtig materiaal met hoge porositeit overblijft. Het schuim vervult slechts een tijdelijke rol in het vervaardigingsproces van het product: het op gecontroleerde wijze inbrengen van luchtbellen in de cementlijm.
Kenmerkende eigenschappen van het verharde materiaal hangen sterk samen met de geschetste structuur, samenhang en grondstoffen:
- door grondstoffen/samenhang: sterkte en stijfheid druksterkte vanaf 0,5 MPa E-modulus vanaf 300 MPa
- door grondstoffen/porositeit: instelbare volumieke massa 400 kg/m³ of hoger
- door grondstoffen/structuur: krimp, kruip en wateropname.
De porositeit, en daarmee de volumieke massa en in sterke mate ook de overige eigenschappen van schuimbeton, wordt bepaald door de juiste combinatie van het aandeel cementlijm en het aandeel schuim in het product.
Zie voor verdere informatie B 2120 (documentatie).
Toepassingsgebied
Gehanteerde principes
Funderingen van schuimbeton worden vooral toegepast in gebieden waar samendrukbare grondlagen aanwezig zijn. Vrijwel altijd wordt het schuimbeton toegepast als plaatvormig funderingselement. Het schuimbeton is, in tegenstelling tot gangbare funderingen op staal, aanwezig onder de gehele te funderen constructie als één ter plaatse gestorte plaat.
Funderingen van schuimbeton worden vooral toegepast in gebieden waar samendrukbare grondlagen aanwezig zijn. Vrijwel altijd wordt het schuimbeton toegepast als plaatvormig funderingselement. Het schuimbeton is, in tegenstelling tot gangbare funderingen op staal, aanwezig onder de gehele te funderen constructie als één ter plaatse gestorte plaat.
Het principe dat meestal gehanteerd wordt bij een schuimbetonfundering is 'het handhaven of zelfs verlagen van aanwezige korrelspanningen in het terrein'. Om dit 'evenwichtsprincipe' te realiseren wordt de aanwezige grond deels vervangen door schuimbeton met een lagere volumieke massa. De permanente belasting (fundering, constructie) mag vervolgens geen verhoging van korrelspanningen geven. Resultaat is dan een zettingsarme oplossing.
Daar waar alleen vervanging van grond door schuimbeton leidt tot niet economische (grote dikte schuimbetonfundering) of onaanvaardbare (verticale stabiliteit) oplossingen, wordt een methode gehanteerd die beschouwd zou kunnen worden als een verschoven evenwichtsfundering. Bij deze methode wordt het terrein gedurende relatief korte tijd voorbelast, totdat een vooraf berekende zetting bereikt is. Vervolgens wordt de voorbelasting weggenomen en vervangen door de schuimbetonfundering met de constructie.
Door de voorbelasting treedt consolidatie van de grond op, waardoor de korrelspanningen toenemen, zodat restzettingen kunnen worden beperkt of zelfs voorkomen, mits de voorbelasting gedurende voldoende tijd aanwezig is geweest.
Soorten bouwwerken
Schuimbeton wordt onder meer toegepast bij de volgende bouwwerken:
Schuimbeton wordt onder meer toegepast bij de volgende bouwwerken:
- funderen van betonvloeren voor bedrijfsgebouwen
- funderen van woningen en andere gebouwen (met een beperkt gewicht)
- funderen van wegen, terrein en sportvelden
- ontlasten van bestaande paalfunderingen (grondvervanging ter vermindering negatieve kleef)
- integraal bouwrijp maken van terreinen
- overkluizing van leidingstraten.
[ link ]
Figuur A 33-48Aanbrengen van schuimbeton (hier een wegfundatie)
[ link ]
Figuur A 33-49Aanvulling met schuimbeton achter damwand (kadeconstructie)
Overwegingen voor toepassing
Bij de toepassingen die hier besproken worden, spelen de volgende kwaliteiten van schuimbeton mee in de overwegingen van toepassing:
Bij de toepassingen die hier besproken worden, spelen de volgende kwaliteiten van schuimbeton mee in de overwegingen van toepassing:
- als specie dik vloeibaar (eenvoudig transporteerbaar, zowel in pompleiding als bij het uitvloeien in de bouwput)
- geringe volumieke massa (hier meestal 400-600 kg/m³)
- gesloten celstructuur (drijfvermogen bij onderdompeling)
- relatief hoge stijfheid/buigstijfheid (bij voldoende dikte)/sterkte
- duurzaamheid/geringe milieubelasting.
De overwegingen die kunnen leiden tot het toepassen van schuimbeton, kunnen verschillen per type bouwwerk. Wordt gekeken naar woningen en vergelijkbare bouwwerken, dan zijn de bouwkosten de belangrijkste factor.
Een beperktere bouwtijd door minder bouwfasen kan hierbij een bijkomende overweging zijn, evenals de eenvoud van uitvoering en de aanzienlijke thermische isolatie aan de onderzijde van de constructie.
Bij het funderen van wegen en terreinen kan schuimbeton worden toegepast om bouwtijd te sparen (geen of slechts een beperkte voorbelastingtijd), het toekomstig onderhoud te minimaliseren (beperkte restzettingen) of zettingsschade aan belendingen te voorkomen. De bouwkosten behoeven hier niet altijd de doorslaggevende overweging te zijn: de constructie met schuimbeton kan in stichtingskosten zelfs duurder zijn dan een conventionele oplossing, doch kosten sparen in de onderhoudsfase.
Het voorzien in een hoge stijfheid in combinatie met een gering eigen gewicht is een factor die zowel voor bedrijfsvloeren als voor wegen/terreinen van belang is in de afweging betreffende de te kiezen funderingsmethodiek.
Voor- en nadelen
De voor- en nadelen van schuimbeton als funderingsoplossing kunnen niet los gezien worden van het type bouwwerk dan gefundeerd wordt. Een goede thermische isolatie is in de woningbouw gunstig, maar kan in de wegenbouw ongunstig uitpakken (wegens het sneller opvriezen van de verharding). Als voordelen van schuimbeton worden in het algemeen gezien:
De voor- en nadelen van schuimbeton als funderingsoplossing kunnen niet los gezien worden van het type bouwwerk dan gefundeerd wordt. Een goede thermische isolatie is in de woningbouw gunstig, maar kan in de wegenbouw ongunstig uitpakken (wegens het sneller opvriezen van de verharding). Als voordelen van schuimbeton worden in het algemeen gezien:
- goede transporteerbaarheid op de bouwplaats
- uitvloeiend gedrag (onnauwkeurig geëgaliseerde cunetbodem vormt geen belemmering)
- het feit dat schuimbeton na verharding een monoliet lichaam vormt; deze eigenschap wordt veelal benut bij toepassing van schuimbeton als aanvulling achter kademuren en damwanden (reductie horizontale druk op keerwand)
- drijfvermogen bij onderdompeling (hetgeen een remmend effect heeft bij het onder water zakken van een constructie ten gevolge van zetting)
- duurzaamheid (vergelijkbaar met andere cementgebonden producten)
- bewerkbaarheid: het materiaal laat zich eenvoudig zagen/boren/uitsteken met normaal handgereedschap.
Als nadelen kunnen aangemerkt worden:
- effecten ten gevolge van gebruikt bindmiddel (cement) in combinatie met materiaalstructuur: optreden van krimpscheuren, beperkte vervormingscapaciteit (bros gedrag), wateropname bij onderdompeling, duurzaamheidsverlies bij aanwezigheid van zuren, tijdsafhankelijkheid sterkte/stijfheid
- vloeibaarheid, gelet op benodigde vloeistofdichtheid van bekistingen of indien de bovenzijde van het materiaal onder afschot afgewerkt dient te worden
- slijtvastheid.
Algemene nadelen van (verschoven) evenwichtsfunderingen, en zeker bij gebruikmaking van materialen met een drijfvermogen bij onderdompeling, zijn:
- gevoeligheid van funderingssysteem: bij (lokale) overschrijding van de toelaatbare korrelspanning kunnen (ongelijkmatige) zettingen optreden.
- de sterke afhankelijkheid van de ligging van de grondwaterspiegel: een en ander kan zowel leiden tot zettingen als tot stabiliteitsverlies (opdrijven van de constructie bij hoge (grond)waterstand.
- in of onder de constructie gelegen leidingen kunnen moeilijk bereikbaar zijn; in combinatie met de relatieve gasdichtheid van schuimbeton kan dit een motief zijn om geen gasleidingen te projecteren in/onder het schuimbeton.
Uitvoeringswijze
Schuimbeton wordt vrijwel niet geprefabriceerd, maar op de bouwplaats vervaardigd. Het vergroten van het cementlijmvolume met schuim op de bouwplaats geeft een enorme besparing in het aan te voeren volume naar de bouwplaats. De vervaardiging op de bouwplaats vindt meest plaats met behulp van mobiele menginstallaties. Transport van de schuimbetonspecie naar de stortplaats gebeurt via pompen door slangen of leidingen. Bij de meeste toepassingen zal het gegraven cunet dienen als bekisting; bij afwezigheid hiervan dient een vloeistofdichte bekisting aangebracht te worden: bekistingsnaden dienen goed gedicht te worden om lekkage van specie te voorkomen; voor speciedruk op de bekisting moet uitgegaan worden van een hydrostatische drukverdeling in de specie.
Schuimbeton wordt vrijwel niet geprefabriceerd, maar op de bouwplaats vervaardigd. Het vergroten van het cementlijmvolume met schuim op de bouwplaats geeft een enorme besparing in het aan te voeren volume naar de bouwplaats. De vervaardiging op de bouwplaats vindt meest plaats met behulp van mobiele menginstallaties. Transport van de schuimbetonspecie naar de stortplaats gebeurt via pompen door slangen of leidingen. Bij de meeste toepassingen zal het gegraven cunet dienen als bekisting; bij afwezigheid hiervan dient een vloeistofdichte bekisting aangebracht te worden: bekistingsnaden dienen goed gedicht te worden om lekkage van specie te voorkomen; voor speciedruk op de bekisting moet uitgegaan worden van een hydrostatische drukverdeling in de specie.
Algemene voorwaarden voor het cunet met/zonder bekisting zijn:
- droog cunet handhaven (ook droog houden na het storten in verband met gevaar van opdrijven schuimbeton)
- absorberende vlakken vooraf behandelen (afdekken met plastic, toepassen van geokunststof)
- maatregelen treffen tegen neerslag of vorst (beschadiging van specie/jong schuimbeton).
De bovenzijde van het schuimbeton wordt met behulp van een drijfrei vlak - of onder een beperkt afschot - afgewerkt.De bovenzijde van het schuimbeton wordt met behulp van een drijfrei vlak - of onder een beperkt afschot - afgewerkt.
De stortfasering voor een funderingsconstructie hangt af van de geometrie en de omvang van de constructie, alsmede van de capaciteit van de leverancier. Bij kleine constructies wordt de schuimbetonplaat meestal in één stort vervaardigd. Is er sprake van een grote funderingsplaat met verdikte vorstranden, dan worden de vorstranden en de funderingsplaat in twee fasen gestort.
Bij grote funderingsconstructies en/of een grote plaatdikte zullen meerdere stortfasen benodigd zijn. Voor de dikte van één stortfase wordt dan bij voorkeur maximaal 0,5 m aangehouden. Door uitkisten kunnen dan separate stortvlakken gerealiseerd worden. De fasering van de gehele constructie lijkt dan vaak op een in verband gemetselde muur (verspringende stortnaden).
Nabehandeling van schuimbeton gebeurt op een zelfde wijze als bij een grindbetonstort.
Randvoorwaarden voor toepassing
Toepassing van een fundering van schuimbeton is slechts mogelijk als wordt voldaan aan de volgende randvoorwaarden:
Toepassing van een fundering van schuimbeton is slechts mogelijk als wordt voldaan aan de volgende randvoorwaarden:
- Aangezien neerslag en vorst de specie en jong schuimbeton aantasten, zijn beschermende maatregelen nodig.
- Het cunet moet droog gezet kunnen worden.
- Het grondwaterpeil dient gedurende de gebruiksduur van de constructie gehandhaafd te worden binnen de ontwerpuitgangspunten.
- Extreem hoge grondwaterstanden mogen niet voorkomen in verband met het gevaar voor opdrijven.
- Een drukverval over de constructie moet worden vermeden, tenzij de constructie daarop berekend is.
- Voorkomen moet worden dat in de bouwfase, als het schuimbeton nog slechts een geringe sterkte en stijfheid bezit, schade (scheurvorming) ontstaat door te hoge belastingen.
- Bij latere bouwwerkzaamheden moet rekening gehouden worden met de aanwezigheid van een schuimbetonconstructie; grote belastingen naast de constructie, bijvoorbeeld een zandophoping of langdurige bemalingen in de directe omgeving, kunnen leiden tot (ongelijkmatige) zettingen en breuk van de constructie.
- De funderingsplaat dient te worden gedimensioneerd op de opgelegde belastingen en vervormingen; hiervoor zijn de gangbare berekeningsmethoden toepasbaar.
- Op het materiaal moet een afdekking worden toegepast (beton, grond, asfalt) om slijtage te voorkomen.
Voorbeeldtoepassing
Als voorbeeld is de toepassing van een schuimbetonfundering voor een houtskeletbouwwoning gegeven.
Als voorbeeld is de toepassing van een schuimbetonfundering voor een houtskeletbouwwoning gegeven.
[ link ]
Figuur A 33-50Ontkiste fundering van schuimbeton voor woning; betonvloer reeds aangebracht (lichtgrijs gedeelte)
Voor de lokale grondsituatie wordt uitgegaan van de volgende - verzonnen - opbouw:
- maaiveld is peil P
- grondwaterstand P - 1 m (vast peil)
- zand met klei vanaf maaiveld tot P - 1,5 m, volumieke massa 1650 kg/m³
- veen/slappe klei tot P - 10 m
- vast zand vanaf P - 10 m
- elke belasting aangebracht op het maaiveld zal aanleiding geven tot zettingen
- afmeting van de woning is 5,4 m × 8 m (rechthoek); begane-grondvloer van beton, verdiepingsvloeren van hout.
Bij een traditionele oplossing zal al snel gekozen worden voor een paalfundering tot in het vaste zand. Per bouwmuur/gevel zullen dan 3 palen toegepast worden (totaal 10 stuks). Verdere opbouw met funderingsbalken, PS-systeemvloer, enzovoort.
Voor de oplossing met schuimbeton wordt uitgegaan van een funderingsplaat van schuimbeton met een ter plaatse gestorte betonvloer (tevens trekband voor schuimbetonplaat). Van belang zijn het eigen gewicht van de woning/ vloer, de gewichtsverdeling (zwaartepunt belasting) en de grootte van lijnlasten (bouwmuren).
Figuur A 33-51
Schuimbetonfundering voor een houtskeletbouwwoning
Schuimbetonfundering voor een houtskeletbouwwoning
Voor de bepaling van de benodigde dikte van de schuimbetonplaat wordt uitgegaan van de totale rustende massa en de helft van de veranderlijke belasting (op dak en vloeren); totaal hier circa 8,6 kN/m². Ga uit van een licht type schuimbeton, bijvoorbeeld met een volumieke massa van 500 kg/m³. Voor een evenwichtsfundering is dan aan gronduitwisseling benodigd: 8,6 × (16,5 - 5,0) = 0,75 m (plaatdikte schuimbeton). Volgens NEN 9997-1 art. 6.4 moet dit ten minste 0,8 m zijn (vorstindringing).
Bij wisselende grondwaterstanden dient de veiligheid tegen opdrijven van de constructie gecontroleerd te worden; bij deze controle geen veranderlijke belastingen in rekening brengen (werken gunstig); veiligheid moet ten minste 1,2 zijn.
De lijnlasten (bouwmuren) worden door middel van de betonvloer gespreid in het schuimbeton, dat op zijn beurt deze lijnlasten nog meer spreidt richting grond; wel nagaan of funderingsdruk ter plaatse van bouwmuren niet te hoog is (zetting). Mocht dit wel zo zijn, dan kan ter plaatse van de bouwmuren een extra gronduitwisseling plaatsvinden over een strook met voldoende breedte (1 à 1,5 m); de toelaatbare funderingsdruk wordt met deze ingreep verhoogd. Met behulp van een platenprogramma dienen de spanningen en vervormingen in het schuimbeton en de betonvloer gecontroleerd te worden (lijnlasten uit bouwmuren, enzovoort).
In samenhang met een eventuele verdikking van de schuimbetonplaat ter plaatse van de bouwmuren kan eveneens overwogen worden om de gemiddeld benodigde dikte van de plaat ter plaatse van het vloerveld te verminderen, zodanig dat het totale volume uitgewisselde grond voldoende is om het evenwichtsprincipe te handhaven voor de gehele woning. Als het zwaartepunt van de belastingen op de schuimbetonplaat een grote excentriciteit heeft, kan de schuimbetonplaat ten opzichte van het woningoppervlak iets vergroot worden, zodanig dat er weer sprake is van een gelijkmatige funderingsdruk onder de constructie (voorkomen van scheefzakken van de woning).
In de gegeven situatie is een fundering op staal haalbaar (wat bij een andere grondopbouw c.q. een zwaardere woning niet het geval kan zijn). Een keuze voor funderen op palen of op staal is dan meer een kwestie van kosten en bouwtijd. De ervaring leert dat de winst in bouwtijd (fundering tot en met begane-grondvloer) 30 à 50% kan bedragen en de reductie in kosten tot 25% (afhankelijk van het aantal woningen).