10 thema Herziening CUR-Aanbeveling 77 (1) 1 Corrigeren onvolkomenheden en aansluiting op Eurocode Artikelenserie Dit artikel is een onderdeel van een serie van drie artikelen over CUR-Aanbeveling 77. Dit eerste artikel is een inleiding. Hierin wordt ingegaan op de redenen voor de herziening, het omgaan met de Eurocode en de stand van zaken half maart 2013. Het tweede artikel zal gaan over het resultaat (de herziene CA) en de achtergronden. Ten slotte zal het derde artikel de nieuwe reken- regels verduidelijken met enkele rekenvoorbeelden. thema Herziening CuR-Aanbeveling 77 (1) 3 2013 11 2 Een onderwaterbetonvloer is een betonvloer die onder water wordt gestort, veelal bedoeld als een waterdichte bodemafslui- ting van een bouwkuip. De kuip wordt, na het inbrengen van de damwanden (of maken van de diepwand) in den natte ontgraven. Daarna, of vóór het ontgraven, worden de trekele- menten aangebracht. Vervolgens wordt de betonvloer gestort. Nadat het beton voldoende is verhard, wordt de kuip droogge- pompt. Hierbij bouwt zich een resulterende, opwaartse water- druk onder de vloer op, samen met een drukkracht in de vloer die immers dan ook als stempel gaat werken voor de damwand. De meeste onderwaterbetonvloeren hebben een tijdelijke functie en worden veelal ongewapend uitgevoerd. Tot aan het uitkomen van CA 77 bestonden er in essentie twee methoden voor de berekening van ongewapende onderwater - betonvloeren: de 'Bouwdienst-methode' (ook wel 'vaste steun- puntenmethode' genoemd) en de 'NS-methode'. Bij de eerstge- noemde methode werd verondersteld dat de vloer in verticale richting los was van de damwand, en de trekelementen starre steunpunten waren. Bij de andere methode werd juist het tegenovergestelde aangenomen: de vloer zat vast aan de damwand en de trekelementen inclusief de damwand waren veren. Iedere methode had zijn eigen criteria. Deze ongewenste tweedeling werd opgelost door de publicatie van CA 77, waarin een geheel nieuwe aanpak werd beschreven. Hierin wordt onderscheid gemaakt in een BGT-toetsing en een UGT-toetsing. In essentie lijkt de BGT-toetsing enigszins op de NS-methode, en de UGT-toetsing op de Bouwdienst-methode. Cruciaal is het onderscheid tussen 'korte richting' en 'lange richting', waarbij de randstoring wél respectievelijk niet meer merkbaar is. Die randstoring wordt veroorzaakt door het stijf- heidsverschil tussen damwand en de palen/ankers en komt tot uiting in grote 'opbollende momenten'. Verder zijn toetsingen opgenomen voor pons en voor detaillering van de verbinding van trekelementen met de vloer. CA 77 is in de praktijk veelvuldig gebruikt, veelal met goede resultaten. Door het intensieve gebruik zijn pluspunten maar ook minpunten van de methode aan het licht gekomen. Eind 2010 heeft de SBRCURNET besloten de CA te herzien. Redenen voor herziening De drie belangrijkste redenen voor de herziening zijn: a. het oplossen van het probleem bij ondiepe bouwputten met relatief slappe ankers; b. het corrigeren van onvolkomenheden; c. het aansluiten van de Aanbeveling op de Eurocode. In 2001 is CUR-Aanbeveling 77 'Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren' (CA 77) uitgebracht. Hiermee werd voorzien in een grote behoefte van 'bouwend Nederland'. Deze CA is in de afgelopen jaren op grote schaal toegepast en zij heeft haar waarde bewezen als ontwerpinstrument. Inmiddels zijn we twaalf jaar verder en heeft SBRCURNET het besluit genomen om de CA te herzien. Hiertoe is de commissie VC95 opgericht. Gezien de grote belangstelling voor het resultaat wordt aandacht besteed aan deze herziening in een serie van drie artikelen. ir. Peter Hagenaars 1) Royal HaskoningDHV ir. Johan Galjaard MBA RO 1) ABT dr.ir. Cor van der Veen 1) TU Delft, fac. CiTG 1 Bouwput met onderwaterbetonvloer en trekankers, Rabobanktoren Utrechtfoto: Hans Roggen 2 Toepassing gewapend onderwaterbeton bij station RAI/Europaplein, Amsterdam 1) ir. P. Hagenaars is secretaris/rapporteur, ir. J. Galjaard voorzitter en dr.ir. C. van der Veen lid van VC95 Herziening CuR-Aanbeveling 77 (1) 3 2013 12 3 3 Bouwput van onderwaterbeton op trekpalen bij metrostation Rotterdam CS Ad c De invoering van de Eurocode maakte het noodzakelijk om de CA hierop aan te passen, zowel wat betreft de begrippen en notaties als de inhoud. Bij toepassing van de Eurocode gaat het om alle relevante delen van de Eurocode, dus de Eurocode 1990 (grondslag), 1991 (belastingen), 1992 (betonconstructie) en 1997 (geotechniek). VC95 heeft dan ook als eerste actie een kalibratie van de huidige CA 77 uitgevoerd aan de Eurocode. Pas daarna zijn de overige wijzigingen onderzocht en aange- bracht. Kalibratie aan Eurocode De huidige CA 77 is destijds ontwikkeld op basis van de toen geldende NEN-normen; zij sluit niet zonder meer aan op de Eurocodes. Daarom heeft VC95 op een aantal representatieve cases zogenaamde kalibratieberekeningen uitgevoerd. Het doel ervan is om te bereiken dat het veiligheidsniveau van een ontwerp conform CA 77 bij toepassing van de Eurocode niet wezenlijk verandert. Rekenen met de Eurocode mag namelijk niet tot lichtere uitkomsten leiden, maar hoeft ook niet tot zwaardere uitkomsten te leiden. Deze gelijkwaardigheid kan worden gerealiseerd door in de toegepaste formules sommige vermenigvuldigingsfactoren iets aan te passen binnen de ruimte die de Eurocode daarvoor biedt ('draaien aan beschik- bare knoppen'). Voor de cases zijn dezelfde vier cases gehanteerd die ook zijn gebruikt bij de totstandkoming van de CA in 2001. Bij de kalibratieberekeningen is gebleken dat rekenen volgens de Eurocode in de UGT verzwarend is in verband met de hogere materiaalfactor (? m = 1,5) en de introductie van reduc- tiefactoren ? ct,pl en ? cc,pl voor trek en druk bij ongewapend beton (waarde 0,80). Daar staat tegenover dat het mogelijk bleek om bij sommige toetsingen van CA 77 verzwarende factoren achterwege te laten, omdat die al in rekening worden gebracht door de genoemde reductiefactoren. Omdat de kali- bratie alleen vereist is voor de UGT waren er bij de BGT meer mogelijkheden om tot vergelijkbare uitkomsten te komen met CA 77. De uitkomst van de kalibratie is dat er aanpassingen in CA 77 zijn doorgevoerd die maken dat de CA nu aansluit op de filo- sofie en inhoud van Eurocodes. Verder blijkt dat deze aange- paste CA leidt tot berekende vloerdikten die slechts marginaal wijzigen: voor situaties dat de UGT maatgevend is tot 50 mm toename, en voor situaties dat de BGT maatgevend is tot 50 mm afname. De commissie is van mening dat hiermee een correcte kalibratie is bereikt. Ad a Hoewel CA 77 voor veel situaties bevredigende oplossingen bood, is ook gebleken dat in bepaalde situaties geen goede oplossingen kunnen worden verkregen. Dit geldt met name bij ondiepe bouwputten met slappe trekelementen. De waterdruk is hierbij te groot om de vloer met de 'opbollende momenten' ongescheurd te houden, en de stempeldruk is te klein om de gescheurde vloer vervolgens te kunnen laten voldoen. Een dikkere vloer biedt in dat geval niet direct soelaas. Weliswaar neemt de sterkte van een doorsnede toe, maar door de grotere buigstijfheid worden ook de optredende momenten groter; onrealistisch grote vloerdikten kunnen dan het resultaat zijn. Dit probleem, dat zich zowel in de UGT als de BGT kan voor - doen, is de voornaamste aanleiding geweest voor de herziening. Ad b Na het uitbrengen van de CA in 2001 zijn in het Stevinlabora- torium beproevingen uitgevoerd van de ponscapaciteit van zowel ankerpalen als schotelankers (zie [1] en artikel 'Trekele- menten in onderwaterbetonvloeren' elders in dit nummer). Daaruit bleek dat de regels van de CA de capaciteit van anker - palen sterk onderschatte en van schotelankers soms over - schatte. Dit was aanleiding voor de toenmalige Bouwdienst RWS om bij schotelankers een extra reductiefactor van 0,80 op de ponssterkte in rekening te brengen. Uit de proeven bleek aan de andere kant weer dat de toets op de betondrukspanning onder de ankerschotel niet nodig is. In een interne Bouwdienst Richtlijn [2] zijn deze bevindingen al gepubliceerd. thema Herziening CuR-Aanbeveling 77 (1) 3 2013 13 4 4 Bouwput tijdens stort onderwaterbeton altijd op door de krachtswerking in de lange richting (scheur - vorming als gevolg van verhinderde vervorming) en/of door onvoldoende aansluiting van de vloer aan de damwand. Het achterwege laten van de BGT-toetsen kan tot een substantiële vereenvoudiging leiden bij de toepassing van de CA. Dit zou een groot voordeel zijn. Momenteel wordt onderzocht wat de gevolgen van het achterwege laten van de BGT-toetsen zouden zijn op de benodigde vloerdikten. Indien zou worden besloten om de BGT-toetsen toch te hand- haven, dan zijn de belangrijkste wijzigingen: ? De drukzonehoogte-eis met betrekking tot waterdichtheid is versoepeld, en 'continu' gemaakt (geen sprongen meer bij 15 m en 30 m waterdruk). ? De rotatiecapaciteit van een gescheurde doorsnede is vergroot met behulp van het fenomeen 'plastische kruip'. ? De regels voor het in de BGT mogen rekenen met twee discrete scheuren zijn afhankelijk geworden van de krachts- werking na de eerst optredende scheur in plaats van deze te baseren op bouwkuipsymmetrie. Tot slot De herziening van CA 77 duurt langer dan gepland. Met de in de preadviescommissie bepaalde aanpassingen lukte het niet om het probleem van de ondiepe bouwputten bevredigend op te lossen. De commissie heeft echter de overtuiging dat met een extra verdiepingsslag in de vorm van nader onderzoek die oplossing binnen handbereik ligt. Gelet op het belang van 'bouwend Neder - land' wordt die extra slag momenteel uitgevoerd. In het volgende artikel zal worden ingegaan op de inhoud en de achtergronden van de herziene CA 77. ? ? LiteRA tuuR 1 Braam, C.R., Van der Veen, C., Uittrekproeven op een schotelverbin- ding in een onderwaterbetonvloer, Stevinrapport 25.5-03-03, september 2003. 2 Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken; versie 1.0, artikel 10.2 ad 3, RTD 1001, Rijkswaterstaat, Ministerie van Infrastructuur en Milieu, december 2011. Stand van zaken half maart 2013 Na de kalibratie zijn de onderwerpen die in een eerder stadium door een preadviescommissie in een Plan van Aanpak waren geformuleerd, onderzocht en indien nodig ingepast. Naast het corrigeren van onvolkomenheden zijn de belangrijkste wijzigingen die VC95 inmiddels heeft vastgesteld: ? Geotechnisch: voor de stijfheid van ankerpalen wordt nu verwe- zen naar CUR-Aanbeveling 236, en de stijfheid van een trekele- ment wordt nu gebaseerd op de secante stijfheid. ? In bepaalde gevallen mag rekening worden gehouden met een toename van de stempeldruk door de weerstand van de keer - wand tegen indrukking die ontstaat door grote vervorming van de onderwaterbetonvloer. ? De pijl van de drukboog bij het UGT-mechanisme kan onder bepaalde voorwaarden worden vergroot. ? Alléén ten behoeve van het mogelijk achterwege kunnen laten van verbindingsmiddelen tussen keerwand en onderwaterbe- tonvloer, mag worden uitgegaan van een schuivende verbinding met een vaste wrijvingskracht. ? Er wordt nu expliciete aandacht besteed aan uitvoeringsaspec- ten die een raakvlak hebben met het constructief ontwerp. ? De toetsing van het trekelement is nu ook opgenomen in de CA-tekst. ? Er wordt expliciet aangegeven op welke wijze de toetsing van de dwarskracht moet worden uitgevoerd. Daarnaast zijn er onderwerpen die nog in onderzoek zijn. De belangrijkste zijn: ? Wellicht is er bij de ponscontrole bij de dikkere owb-vloeren nog een extra veiligheidsfactor nodig, naast de bij ad (b) genoemde 0,80. ? Wellicht is het verantwoord om de BGT-toetsingen in de korte richting achterwege te laten. Bij dit laatste punt is de overweging dat de UGT-toetsen borgen dat de bezwijkveiligheid voldoende is. Het voldoen aan de BGT-eisen draagt in de praktijk niet wezenlijk bij aan de water - dichtheid. In werkelijkheid treedt de lekkage immers bijna CUR-Aanbeveling 77 De nieuwe versie van CUR-Aanbeveling zal beschikbaar komen op www.cementonline.nl (voor leden van Cementonline) en op www.cur-aanbevelingen.nl. De huidige versie is beschikbaar op www.cur-aanbevelingen.nl . Herziening CuR-Aanbeveling 77 (1) 3 2013