0460 Veiligheidsklassen en belastingen

Naast de bij het funderingsontwerp voor de omvang en nauwkeurigheid van de toe te passen grondparameters gehanteerde Geotechnische Categorieën is het ook voor de bovenbouw van belang om een indeling te maken. Dit betreft dan de toe te passen veiligheidsklasse van een bouwwerk. Hierbij wordt met name vastgesteld hoeveel marge er te nemen is tussen de daadwerkelijk optredende belasting en de in de ontwerpberekeningen aan te houden waarde. Dit gebeurt door het hanteren van zogeheten belastingfactoren.

Als voorbeeld kan een betonvloer dienen. Uitgaande van een eigen gewicht van 24 kN/m³ resulteert dit in een representatieve permanente belasting van g_k = 6 kN/m² bij een vloerdikte van 250 mm. In de berekening gaat men uit van een zogeheten rekenwaarde voor de belasting. Deze 'design-belasting' (index d) volgt uit de vermenigvuldiging van de waarde (F_k) met een belastingfactor γ_g. In formule:

F_d = γ_g · F_k

Een en ander volgens [ link ] , Eurocode - Grondslagen van het constructief ontwerp

Hierin is voorgeschreven dat onderscheid gemaakt moet worden in drie veiligheidsklassen (Reliability Classes). Hoe hoger de veiligheidsklasse, hoe hoger de belastingfactor. In NEN-EN 1990 zijn de belastingfactoren voor RC2 gegeven. Voor RC1 en RC3 geldt een vermenigvuldigingsfactor van respectievelijk 0,9 en 1,1. De veiligheidsklassen en bijbehorende belastingfactoren zijn

In NEN-EN 1990 is ook voorgeschreven dat voor het geotechnisch ontwerp van de fundering de meest ongunstige van de volgende twee gevallen moet worden beschouwd, beschreven in vergelijkingen 6.10a en 6.10b. In vereenvoudigde vorm bedraagt de belasting volgens deze vergelijkingen, zie NEN-EN 1990/NB, Tabel A1.2(B):

verg. 6.10a γ_g · g_k + ψ₀ · γ_q · q_k met voor RC2 γ_g = 1,35 en γ_q = 1,5 en ψ₀ = 0,7

verg. 6.10b γ_g · g_k + γ_q · q_k met voor RC2 γ_g = 1,2 en γ_q = 1,5

Voor andere geotechnische berekeningen, zoals voor de algehele stabiliteit en damwandconstructies, geldt vergelijking 6.10, zie NEN-EN 1990/NB, Tabel A1.2(C):

verg. 6.10 · γ_g · g_k + γ_q · q_k met voor RC2 γ_g = 1,0 en γ_q = 1,3

Als we ons in het voorbeeld ter vereenvoudiging beperken tot de (meestal maatgevende) belastingcombinatie volgens verg. 6.10b, dan is de belastingfactor voor permanente belastingen 1,2:

g_d = 1,2 · 6 = 7,2 kN/m² (permanent)

Voor de veranderlijke belastingen (karakteristieke vloerbelasting) q_k, stel groot 4 kN/m², geldt een factor van 1,5 hetgeen resulteert in:

q_d = 1,5 · 4 = 6,0 kN/m² (veranderlijke vloerbelasting)

Er geldt nu dus totaal:

F_d = 7,2 + 6,0 = 13,2 kN/m²

Ten opzichte van de representatieve waarde, groot F_rep = 10 kN/m², is er dus een rekenreserve ingebouwd van 3,2 kN/m².

Bij deze indeling van de veiligheidsklassen kunnen hulpconstructies en bouwwerken eventueel tot een lagere klasse behoren. Er moet dan sprake zijn van minder kans op het ontstaan van extreme belastingsituaties. Bovendien is de duurzaamheid zeker niet in het geding. Het is dan niet zo dat de veiligheid minder is, maar dat er minder risico's zijn.

Volgens NEN 9997-1 is de fundering op de mogelijkheid van 3 grenstoestanden te toetsen. Dit wordt in A 3100 nader uiteengezet. Volstaan wordt hier met het noemen van de 2 uiterste grenstoestanden (UGT), namelijk bezwijken van de fundering en bezwijken van de bovenbouw door te grote deformatie van de fundering (UGT, type namelijk B), alsmede de bruikbaarheidsgrenstoestand, (BGT).

De belastingfactoren die bij de veiligheidsklassen gelden, behoren bij de toetsing van de constructie in de uiterste grenstoestand. Meestal zal dus gelden (klasse RC2):

F_d = 1,2 F_rep;g + 1,5 F_rep;q

Bij de toetsing van de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT) van een geotechnische constructie (toetsing op vervormingen) gaat het erom de werkelijk optredende zakkingen en zakkingsverschillen zo nauwkeurig mogelijk te voorspellen. Hier is geen extra veiligheidsmarge gewenst. Vandaar dat de representatieve waarde hier ook de rekenwaarde is. De belastingfactoren voor de bruikbaarheidsgrenstoestand zijn daarmee voor alle veiligheidsklassen en belastingcombinaties:

γ_g = γ_q = 1,0

Voor de berekening van vertraagd tot stand komende zakkingen door de gerealiseerde belastingsverhoging van bijvoorbeeld een hoogbouw geldt echter wel dat de veranderlijke belasting niet altijd met de maximale representatieve waarde over een lange tijdsperiode aanwezig is. Volgens art. 6.5.3 van NEN-EN 1990 geldt dan een reductiefactor ψ₂ voor de momentaan aanwezige belasting. In het rekenvoorbeeld (schoolgebouw, zie Tabel A1.1 van NEN-EN 1990) geldt ψ₂ = 0,6 en wordt aldus een totaalbelasting berekend ter grootte van:

F_d = 1,0 · 6,0 + 0,6 · 1,0 · 4,0 = 6,0 + 2,4 = 8,4 kN/m²

Deze waarde geldt voor de bepaling van de consolidatie bij zettingsberekeningen.

Bij ondergrondse constructies (kelders, keerwanden, uitstekende funderingsstroken, enzovoort) spelen ook vaak belastingen uit het eigen gewicht van de ernaast of erop rustende grond een rol op de bouwconstructies. Ook grondwater (horizontaal en verticaal) kan een zeer grote belasting uitoefenen.

Volgens NEN-EN 1990/NB Tabel A.1.2(B) geldt dat de belastingfactor voor grond- en grondwaterdruk altijd γ_g = 1,2 is.

Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan de opwaartse waterdruk tegen een keldervloer en de zijdelingse gronddruk tegen een kelderwand. Een uitzondering is echter de belastingfactor bij constructies, waarbij de grond als belasting en als weerstand werkt (zoals damwanden, keermuren en taluds). Hierbij is de belastingfactor voor permanente belasting γ_g = 1,0 en voor veranderlijke belasting γ_q = 1,3 (zie NEN-EN 1990/NB Tabel A1.2(C)).

Volgens art. 2.4.2 van NEN-EN 1997-1 dienen constructies die door grond belast worden (geotechnische belastingen), daarnaast ook beschouwd te worden op de mogelijkheid van een belasting door zakkende grond (art. 7.3.2.1). Deze dient als een permanente belasting te worden opgevat. Voorts dient rekening te worden gehouden met de hoogste en laagste grondwaterstand die gedurende de referentieperiode van het bouwwerk op kan treden.

In figuur 04-16 zijn de belastingfactoren samengevat, uitgaande van ψ = 0,7.

Figuur 04-16
Indeling veiligheidsklassen met belastingfactoren