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 F_s;rep = 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' volgt uit de vermenigvuldiging van de representatieve waarde (F_s;rep) met een belastingfactor γ_f;g. In formule:

F_s;d = γ_f;g · F_s;rep

Een en ander volgens de [ link ] (NEN 6702).

Als we ons ter vereenvoudiging beperken tot de meestal maatgevende fundamentele belastingcombinatie 1 (combinatie 2 geldt niet voor geotechnische constructies), dan is de belastingfactor voor permanente belastingen altijd 1,2. In het voorbeeld dus:

F_s;d = 1,2 · 6 = 7,2 kN/m² (permanent)

Voor de veranderlijke belastingen zoals de toelaatbare (representatieve) vloerbelasting F_s;rep op de vloer, stel groot 4 kN/m², geldt dat er onderscheid gemaakt wordt per veiligheidsklasse. Hoe hoger de veiligheidsklasse, hoe hoger de belastingfactor.

Onderscheiden worden:

In het voorbeeld van een school resulteert dit dus in:

F_s;d = 1,5 · 4 = 6,0 kN/m² (veranderlijke vloerbelasting)

Er geldt nu dus totaal:

F_s;d = 7,2 + 6,0 = 13,2 kN/m²

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

Bij deze indeling van de veiligheidsklassen kan ook nog worden gesteld dat alle hulpconstructies en bouwwerken tijdens de bouwfase ook tot klasse 1 behoren. Er is hier minder kans op het ontstaan van extreme belastingsituaties, en de duurzaamheid is zeker niet in het geding. Het is niet zo dat de veiligheid minder is, maar er zijn minder risico's.

Volgens NEN 6740 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 (bezwijken), type 1A en 1B, alsmede de bruikbaarheidsgrenstoestand, type 2.

De belastingfactoren die bij de veiligheidsklassen gelden, behoren bij de toetsing van de constructie in de uiterste grenstoestand. Meestal zal dus gelden (klasse 3):

F_s;d = 1,2 F_s;rep;g + 1,5 F_s;rep;q

Voor de (tijdelijke) bouwsituatie geldt:

Bij de toetsing van de bruikbaarheidsgrenstoestand (grenstoestand 2) 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 2 zijn daarmee voor alle veiligheidsklassen en fundamentele combinaties:

γ_f;g = γ_f;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. 6.4.3.2 van NEN 6702 geldt dan een reductiefactor ϕ_k voor de momentaan aanwezige belasting, met ϕ_k = 0,6. In het rekenvoorbeeld wordt aldus een totaalbelasting berekend ter grootte van:

F_s;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 6702 art. 5.2.3 geldt dat de belastingfactor voor grond- en grondwaterdruk altijd γ_f;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, niet zijnde funderingen (zoals damwanden en keermuren). Hierbij is de belastingfactor γ_f;g = 1,0.

Volgens NEN 6702 dienen constructies die door grond belast worden, daarnaast ook beschouwd te worden op de mogelijkheid van een belasting door zakkende grond. 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 04-12 worden de belastingfactoren samengevat.

Figuur 04-12
Indeling veiligheidsklassen