De constructieve berekening van betonnen buizen …

1 RioleringstechniekVERENIGING VA N PRODUCENTEN VA N BETONLEIDINGSYSTEMEN VPBDe constructieve berekening vanbetonnen buizen en puttenDeel 5De constructieve berekening van betonnen buizen en puttenRioleringstechniekDe constructieve berekening van betonnen buizen enputtenDeel 5 VERENIGING VA N PRODUCENTEN VA N BETONLEIDINGSYSTEMEN VPBW oerden, 1999 1999 VPB WOERDENN iets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel vandruk, fotokopie, microfilm of welke andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijketoestemming van de alle aan de samenstelling van de tekst en de tekeningen bestede zorg, aanvaarden wijgeen aansprakelijkheid voor eventuele schade die zou kunnen voortvloeien uit enige fout die indeze uitgave zou kunnen onderhavige boek maakt deel uit van een serie van zeven handboeken, alle handelend overaspecten van betonnen rioolstelsels.

2 De delen kwamen tot stand dankzij de medewerking van:Prof. dr. BijenProf. ir. WiggersIr. HergardenIr. KlaverIr. J. WeeninkIng. MatserIng. van de : R. BoldermanDe serie Rioleringstechniek omvat de volgende delen:Deel 1: Het materiaal beton/componenten van het betonnen rioolstelselDeel 2: betonnen buizen in de grondDeel 3: Maatschappelijke aspecten van riolering/De geschiedenis van riolenDeel 4: Inzameling en transport van afvalwaterDeel 5: De constructieve berekening van betonnen buizen en puttenDeel 6: De milieubelasting van buismaterialenDeel 7: De constructie van betonleidingsystemen9De constructieve berekening van betonnen buizen en puttenINHOUDSOPGAVEHOOFDSTUK 1: INLEIDING11 HOOFDSTUK 2: betonnen op de op het op het van de stijfheid van de buis en ligging in een van de van een ongewapende van een gewapende buis42 HOOFDSTUK 3: TOEPASSINGSGEBIED VAN ONGEWAPENDE ENGEWAPENDE betonnen BUIZEN51 HOOFDSTUK 4.

3 betonnen van de van de van een ongewapende van een ronde, ongewapende van een gewapende put78 APPENDIX AMOMENTEN EN DWARSKRACHTEN IN DRIEZIJDIGINGEKLEMDE PLATEN MET N VRIJE RAND81 APPENDIX BMOMENTEN EN DWARSKRACHTEN IN EEN VIERZIJDIGINGEKLEMDE PLAAT85 LITERATUUROVERZICHT8711De constructieve berekening van betonnen buizen en puttenHOOFDSTUK 1: INLEIDINGR ioolstelsels worden, vooral bij de grotere diameters, bijna altijd uitgevoerd in beton. Zowelde leidingen zelf als de bijbehorende inspectie-, stuw- en overstortputten kunnen in dit mate-riaal optimaal geconstrueerd worden. De voordelen van de uitvoering door middel van gepre-fabriceerde betonconstructies, zoals dit bij de Nederlandse fabrikanten geproduceerd wordt,zijn onder andere:- hoge sterkte, waar nodig in combinatie met wapening;- grote stijfheid, vervormingen blijven tot een minimum beperkt;- grote duurzaamheid;- goede de gehele produktie onderworpen is aan een streng kwaliteitssysteem kunnen de fabri-kanten borg staan voor de hoge kwaliteit van de onderdelen van een ondergronds leidingsysteem worden vaak zwaar belast door onder an-dere grond, grondwater en verkeerslasten.

4 Het is dan ook belangrijk dat deze constructies opde juiste manier gedimensioneerd worden teneinde een veilig en economisch verantwoordeleidingconstructie te kunnen de constructieve berekening van vooral buizen zijn in de loop der tijd verschillende me-thodes ontwikkeld. Deze zijn steeds verfijnder geworden, waarbij het kwalificeren van de ver-schillende belastingsinvloeden op de buis steeds beter werd. Dit heeft voor de Nederlandseomstandigheden uiteindelijk geresulteerd in het CUR rapport en aanverwante constructies sluiten in het algemeen meer aan op de gangbare construc-ties, waardoor voor deze in het algemeen de geldende normbladen worden toegepast. Bij hetvan kracht worden van het Bouwbesluit zijn tevens nieuwe normen voor wat betreft construc-ties dit deel wordt ingegaan op de huidige manier van berekenen van de betonnen buis en put,rekening houdend met de actuele constructieve berekening van betonnen buizen en puttenHOOFDSTUK 2: betonnen de berekening van buizen in de grond zijn diverse methodes ontwikkeld.

5 Hierbij valt tedenken aan de modellen opgesteld door Marston-Roske, Spangler en Wetzorke. Deze zijnvaak toegespitst op een specifieke uitvoeringswijze, bijvoorbeeld een buis onder ophoging ofjuist een buis in een smalle sleuf. Bij deze rekenmodellen is het vaak vrij moeilijk om de ver-schillende invloeden kwalitatief te waarderen. Veelal wordt door middel van een allesomvat-tende formule een belasting op de buis verkregen. De eigenschappen van de omringendegrond n de wisselwerking tussen buis en omringende grond kunnen slechts zeer beperkt inde berekening worden Leonardt is een analytisch model ontwikkeld, waarmee het mogelijk werd zowel de ei-genschappen van de omringende grond als de interactie buis-omringende grond gedetailleerdte beschouwen. De betreffende Duitse ATV-richtlijnen (Arbeitsblatt A127) en het CUR rap-port 122 zijn voor wat betreft de berekening van de grondbelasting grotendeels hierop het in 1985 uitgegeven CUR rapport 122 zijn behalve de interactie tussen grond en buisook de andere constructieve aspecten rond de berekening van buizen vastgelegd:- belasting uit verkeer;- belasting uit vulling, inwendige druk en temperatuur;- krachtenwerking in de gewapende en ongewapende betonbuis z bij CUR rapport 122 was:- een uniforme rekenmethode voor het standaardprodukt betonbuis , die zoveel mogelijkaansloot op de Nederlandse omstandigheden.

6 - een vermindering van het aantal kruinbelastingsproeven op betonnen in deze uitgave aangegeven rekenmethode gaat uit van een vaste verdeling van de krach-tenwerking rond de starre betonnen deze rekenmethode is het ook mogelijk een numerieke benadering uit te voeren opbasis van de eindige elementenmethode (EEM). Deze biedt de volgende voordelen:- de grond n de buisconstructie kunnen binnen n model geanalyseerd worden. De interac-tie tussen buis en grond wordt hier tijdens de berekening zelf bepaald;- het elastoplastische gedrag van de betonbuis en de omringende grond kan worden verdis-conteerd;- andere buisvormen zijn zonder meer te berekenen;- sterk afwijkende condities kunnen in het model worden op basis van deze EEM is echter in de meeste gevallen te omslachtig en te duuren vereist grote deskundigheid op dit gebied. Deze berekeningswijze kan ook dan pas succes-vol worden ingezet als alle eigenschappen van de grond en de buis voldoende bekend zijn.

7 Isdit niet het geval, dan kan deze berekening tot onbetrouwbare resultaten de gangbare gevallen leidt, bij voldoende inzicht in de te hanteren parameters, een bere-kening op basis van het CUR rapport 122 tot een verantwoorde enkele software-leveranciers worden programma s geleverd die op het CUR rapport ge-baseerd zijn en waarmee een snelle beoordeling van de buis in de grond mogelijk is. De tochvrij complexe berekening met de hand wordt dan vermeden. Deze programma s zijn in het al-gemeen gebaseerd op ronde het volgende hoofdstuk wordt de berekening op basis van CUR 122 nader beschouwd enaan de hand van enkele voorbeelden wordt aangegeven hoe de berekening uitgevoerd dient hoofdstuk 3 zijn op pagina 53 en verder voor enkele bodemsituaties zoals deze in Neder-land voorkomen staafgrafieken gegeven. Hiermee kan snel bepaald worden of een buis al danniet gewapend moet worden uitgevoerd.

8 Vooral in het ontwerpstadium kunnen deze grafiekeneen adequaat hulpmiddel zijn. Wel moet onderzocht worden in hoeverre de uitgangspuntenovereenkomen met de te hanteren parameters voor de te beoordelen buizen . In het ideale gevalzijn deze parameters in bijvoorbeeld het desbetreffende bestek berekening van niet-ronde buizen , bijvoorbeeld ei-vormige buizen of vlakke-voetbuizen,is niet zonder meer mogelijk op basis van CUR 122. De krachtenwerking in deze buizen isten gevolge van de afwijkende vorm en geometrie alleen maar aan de hand van een bereke-ning op basis van de eindige elementenmethode (EEM) of de verplaatsingsmethode te bepa-len. Bij vlakke-voetbuizen kunnen verschillen in de verhouding voetdikte en voetbreedte tenopzichte van wanddikte en diameter tot drastische verschillen in de momentverdeling in dewand leiden. Enkele van de bovengenoemde computerprogramma s bieden de mogelijkheidom niet-ronde betonbuizen te rekenmodel verloopt in grote lijnen als volgt:- bepaal de belastingen op de buis:grondbelasting,bovenbelasting,verke ersbelasting,vulling,eigen gewicht,temperatuur;- bereken de respons van de buis (dat is de krachtenwerking n de buis ten gevolge van debovengenoemde belastingen);- bereken de capaciteit van de berekening op basis van CUR 122 is in feite een controleberekening.

9 Een betonnen buismet een gegeven wanddikte, betonkwaliteit en (eventuele) wapening wordt getoetst aan dehand van vastgestelde omgevingsparameters. Het resultaat is een buis die bij de vastgesteldeomgevingscondities voldoet of niet constructieve berekening van betonnen buizen en puttenDe buis wordt geschematiseerd tot een tweedimensionale ringconstructie. De in langsrichtingoptredende liggerwerking wordt niet in de beschouwing betrokken. Bij de beperkte standaard-buislengte, de mogelijkheid tot verdraaiing in de verbindingen en een fundering op staal iseen liggerberekening in het algemeen ook niet noodzakelijk, zie de toelichting op pagina 33,paragraaf , in deel 2 van deze berekening van de ringconstructie in de grond volgens de methode Leonardt is gebaseerdop de volgende uitgangspunten:- de grond boven de buis is laagsgewijs aangebracht en wordt als een dwars over de buis lo-pende ligger beschouwd, waarvan de schuifsterkte met toenemende dikte groter wordt;- de grond naast de buis, dus onder de balk , vormt een elastische bedding zonder overdrachtvan schuifspanningen (zie figuur 1).

10 Figuur 1, boven: schematisering van de grond rond de buis volgens de methode deel 2 van de handboekenreeks wordt het grondmechanische aspect van de berekening uit-gebreid aan de orde gesteld. In de volgende beschouwing wordt dit dan ook niet nader berekening van de capaciteit van gewapende betonnen buizen volgens CUR 122 sluit nietmeer helemaal aan op de huidige algemene norm voor betonconstructies, NEN 6720. Met na-me de rekenwaarden van de materiaaleigenschappen en de beoordelingswijze van de scheur-wijdte wijken enigszins af van NEN 6720. Dit heeft echter geen invloed op de kwaliteit of is er enig verschil in de interpretatie van de veiligheidsklasse . Dientengevolge wordt inhet algemeen voor de berekening van de buizen een andere veiligheidsklasse gehanteerd danvoor de een betrouwbare en economisch verantwoorde berekening van de buis in de grond geroerdRioleringstechniek16kunnen maken, is het belangrijk om voldoende inzicht te verkrijgen in de condities waarin debuis gelegd zal worden.