Ontwerpen oplegmateriaal (2)4201368Een veelvoorkomend materiaal voor opleggingentussen beton en beton, staal en staal of tussenstaal en beton is elastomeer. Voor het ontwerpenvan deze opleggingen wordt sinds 2009 verwezennaar NEN-EN 1337 [4], een Engelstalige norm voor1Ontwerpenoplegmateriaal (2)Toetsing van elastomeer opleggingenvolgens NEN-EN 1337-3Artikelen oplegmateriaalHet artikel over oplegmateriaal bestaat uit tweedelen. In het eerste deel is een toelichting gegevenop elastomeer oplegblokken en de regelgeving (Cement 2013/1).Dit artikel is beschikbaar op www.cementonline.nl. In dit tweedeartikel wordt nader ingegaan op de toetsing volgens de nieuwenorm, NEN-EN 1337. Om dit verhaal goed te kunnen begrijpen, ishet van belang ook het eerste artikel te raadplegen.opleggingen voor bouwkundige en civiel-technische toepassingen. In het tweede artikel indeze serie van twee wordt nader ingegaan op detoetsing van opleggingen volgens deze norm.Ontwerpen oplegmateriaal (2) 42013 69c qTot 2009 moesten opleggingen worden berekend volgens deVoorschriften beton ? Bruggen (NEN 6723:1995, art. 9.4 t.m.9.7 [2]). In 2009 is een nieuwe norm voor betonnen bruggenuitgekomen: NEN 6723:2009 [3]. Hierin staan geen ontwerpre-gels meer voor opleggingen, maar wordt verwezen naarNEN-EN 1337 [4]. Voor ongewapende, elastomeer opleggingenin de utiliteitsbouw wordt op dit moment nog vaak gebruikge-maakt van DIN 4141 [7] die geldig blijft tot december 2016.In dit artikel worden alleen elastomeer opleggingen behandeld,in het bijzonder de met staalplaten gewapende opleggingen ende ongewapende opleggingen.Staalgewapende opleggingenIn [2] ging het nog om het berekenen van schuifspanningen, in[4] moeten de rekken wordt getoetst. Bij staalgewapende opleg-blokken werkt de staalplaat als steun voor het elastomeer. Doorde wrijving bij de gevulkaniseerde hechting tussen het elasto-meer en de staalplaat ontstaan schuifspanningen. De rekken diedit met zich meebrengt, zijn eenvoudiger te berekenen dan deschuifspanningen uit [2]. Het feit dat [4] rekent met een gere-duceerd oppervlak Armaakt alles daarentegen weer een stukjecomplexer (fig. 2). De grootte van dit gereduceerde oppervlakis namelijk afhankelijk van de horizontale verplaatsing (Vxy,d)en kan worden gezien als het `effectief' oppervlak waarover devlaktedruk kan worden uitgeoefend (fig. 3).Gudy Verhoeven,ing. Wilco SliggersViltoning. Bouwe van Ens,Kasper KerkhofTauw1 Externe betonnen scheg op staalgewapend oplegblok Vilton type B2 Rek als gevolg van normaalspanning (a), rotatie (b) en translatie (c)c,d=1,5 Fz,d_______G ArS ,d=(a2 ,d+ b2 b,d) ti_________________2 (ti3)q,d=Vxy,d____TqVerklaring symbolen figuur 2c,drekenwaarde van de rek als gevolg van de rekenwaardevan de verticale belasting [-]Fz,drekenwaarde van de verticale belasting [N]G glijdingsmodulus [N/mm2]Argereduceerde effectieve oppervlak [mm2]S vormfactor [-]q,drekenwaarde van de rek als gevolg van de rekenwaardevan de horizontale verplaatsingen [-]a' effectieve breedte van de oplegging (bij gewapendeblokken de afmeting van de staalplaat) [mm]a,drotatie over breedte a van de oplegging [rad]b' effectieve lengte van de oplegging (bij gewapendeblokken de afmeting van de staalplaat) [mm]b,drotatie over lengte b van de oplegging [rad]tidikte van de inwendige elastomeerlaag [mm]a,drekenwaarde van de rek als gevolg van de rekenwaardevan de rotatie [-]Vxy,drekenwaarde van de resultante van de verplaatsingen alsgevolg van de rekenwaarde van alle (horizontale) belas-tingen [mm]Tqtotale rekenkundige dikte van het elastomeer (inclusief deomhullingen tenzij de verplaatsing van de buitenste platenten opzichte van de constructie is verhinderd door bijvoor-beeld een verdeuveling en/of de omhulling dunner of gelijkaan 2,5 mm is) [mm]2a 2b 2cOntwerpen oplegmateriaal (2)4201370Arverticaalkracht een gunstige factor bij deze toets en een grotehoekverdraaiing werkt uiteraard ongunstig. Daarom kan menvoor deze toets (grofweg) twee mogelijk maatgevende (aanvul-lende) belastingscombinaties bedenken:? minimale verticaalkracht met bijbehorende hoekverdraaiing;? maximale hoekverdraaiing met bijbehorende verticaalkracht.In [4] staat tevens dat de horizontale verplaatsing moet wordengetoetst aan: q,d= Vxy,d/ Tq< 1,0. Hierin is Tqde dikte van hetinwendige plus uitwendige elastomeer.Hoofdstuk 5.3.3 vermeldt dat in de berekening de toplaag enonderlaag rekentechnisch niet mogen worden meegenomen alsdeze kleiner of gelijk aan 2,5 mm zijn. Veel fabrikanten voereneen standaardopbouw uit [4] die is gebaseerd op een toplaag enonderlaag van 2,5 mm CR, waarbij die omhulling dus niet magworden meegerekend bij de opname van hoekverdraaiing enhorizontale verplaatsing. Op het moment dat het blok wordtberekend en voorgeschreven in een bestek is het van grootbelang dat daarbij de opbouw beschreven staat inclusief dedikte van de toplaag en onderlaag.Door de toepassing van 3 mm CR als toplaag en onderlaag inplaats van 2,5 mm (en dus een 1 mm dikker blok) wordt deopnamecapaciteit van hoekverdraaiing en verplaatsing veelgroter, aangezien 6 mm extra elastomeer mag worden mee-gerekend. Vaak zijn alleen de brutomaten bekend en gaat menuit van een `standaardopbouw'. Een standaardopbouw volgenstabel 3 is rekentechnisch op dit moment ongunstig, omdat deomhulling (kleiner of) gelijk aan 2,5 mm is, en daarom volgensde norm niet meegerekend mag worden.Naast de toets op de totale rek zijn er nog een aantal toetsen tenaanzien van onder andere de spanning in de staalplaten, stabili-teit met betrekking tot hoekverdraaiing, knik en glijden enkrachten op de aansluitende constructie.De eerste conclusie is dat het rekenwerk er niet eenvoudiger opis geworden. Door de introductie van het gereduceerde opper-De waarde van S in de formule voor de rek als gevolg van desamendrukking is afhankelijk van de grootte van de staalplaten,van de rubberdikte die het blok rondom omringt (en welkeminimaal 4 mm dik moet zijn) en van de rubberdikte titussende staalplaten of 1,4 maal de dikte van de omhulling aan deboven- en onderzijde ingeval die 3 mm of dikker is. Deze werk-wijze met S en Aris een veilige benadering van de problematiekdie in werkelijkheid complexer is dan in de genoemde formulesis uitgedrukt.De rek ten gevolge van een horizontale verplaatsing moet kleinerzijn dan 1,0 (dimensieloos) en is daarom meestal de minst grotecomponent van de drie acties op de oplegblokken (normaalspan-ning, rotatie en translatie). Volgens deel 3 van [4] mag de maxi-maal gesommeerde rek nooit groter zijn dan 7 (dimensieloos).Omdat de gesommeerde rek wordt veroorzaakt door verticaal-kracht, hoekverdraaiing en horizontale verplaatsing samen, zijnbelastingscombinaties een belangrijk aspect in de berekening.Een andere toets waarbij belastingscombinaties belangrijk zijn,is die om te voorkomen dat de oplegging niet meer dan toege-staan gaat `kieren'. Hierin toetst men of het hoogteverschil doorhoekverdraaiing kan worden gecompenseerd door de indruk-king ten gevolge van een verticale belasting. Omdat een groteverticaalkracht resulteert in een grote indrukking, is een grote43Ontwerpen oplegmateriaal (2) 42013 713 Vilton type B met stalen scheg4 Dwarsdoorsnede gewapend elastomeeroplegblok5 Vilton Gumba type C met stalenvastzetconstructiedit grote gevolgen voor de afmetingen van het elastomeer. Bijeen blok is de dikte minimaal 10 mm, omdat volgens 5.4.3 (vandeel 3 van [4]) in de UGT voor de rek als gevolg van een hori-zontale verplaatsing moet gelden q,d= Vxy,d/ Tq< 1,0 en voorVxy,dminimaal 10 mm genomen moet worden.Voor een strip moet volgens hoofdstuk 5.5.3 van deel 3 van [4]gelden: q,d= Vxy,d/ Tq< 0,3. Om de minimale verplaatsing van10 mm op te kunnen nemen voor een strip oplegging, moet erdan een dikte van minimaal 33,3 mm worden toegepast en geldt(volgens 5.5.4) een breedte van minimaal 4 ? 33,3 = 133,3 mm.Om verschuiving te voorkomen, zal dan volgens 5.5.4 een mini-male spanning van 1 + (133,3/1000) = 1,133 MPa benodigd zijn,wat inhoudt 151,1 kN/m (spanning ? oppervlak).Mocht de constructie te licht zijn, dan moet men deze dusverzwaren om te kunnen voldoen aan deze eis van minimaal10 mm verplaatsing. Bij eventuele extra verplaatsing dooroptredende krachten nemen de dikte en breedte nog verder toe.De opmerking bij 5.5.1: `de dikte van een strip oplegging isminimaal 8 mm' lijkt daardoor eigenlijk overbodig en is niet inovereenstemming met de rekenregels.Verder moet door de grote dikte worden gerekend met eenongunstige vormfactor, waardoor de maximaal toelaatbaredruk in het ongewapend blok erg laag is en het toepassings-gebied van deze opleggingen erg klein wordt en daarmee nietaansluit op de praktijk.Wanneer men strip opleggingen toetst volgens deel 3 van [4]blijkt, dat deze erg moeilijk zijn toe te passen en voor bruggenbijna onmogelijk, zoals hier is aangetoond. Dan is er nog devraag wat precies een strip oplegging is. Het is rekentechnischinteressant om een strip in twee?n te snijden, zodat gerekendmag worden als een blok. Feitelijk is het echter belangrijker omte weten hoe een elastomeer nu precies werkt dan om degrenzen van de norm op te zoeken.Diktes, die volgen uit de rekenregels zoals hierboven beschre-ven, komen op dit moment in de utiliteitsbouw zelden voor.vlak Arzijn veel resultaten niet meer lineair afhankelijk vanbelastingen en verplaatsingen, waardoor het toetsen een itera-tief proces is geworden. Het is daarom onmogelijk gewordenom, zoals tot nu toe gebruikelijk, per blok alle maximale belas-tingen en vervormingen weer te geven in een tabel of grafiek.Daarom worden nu door leveranciers soms tabellen gegevenwaarin al een paar voorwaarden zijn ingevuld: bijvoorbeeld demaximale verplaatsing, die op 25, 50, 75 of 100% van de maxi-maal toelaatbare waarde wordt gesteld (met een opgegevenhoekverdraaiing).Ongewapende opleggingenBij ongewapende elastomeer opleggingen worden drukspan-ning, rek ten gevolge van schuiven, stabiliteit met betrekkingtot hoekverdraaiing, knik en glijden en krachten op de aanslui-tende constructie getoetst.Er wordt onderscheid gemaakt tussen strippen (stroken) enblokken. Artikel 3.1.8 uit deel 3 van [4] stelt, dat een elastomeeroplegging een strip is als de lengte minimaal tien keer zo grootis als de breedte. Vaak zijn deze `strips' gesneden uit platen van1 m2of van rollen van 100 cm breed. In 5.3.3.1 van deel 3 van[4] wordt de vormfactor S voor zowel een blok als een stripvoorgeschreven. Voor een ongewapend blok is deze factorgelijk aan die van een laag rubber tussen staalplaten in eengewapend blok (S = a b (2 (a + b) t). Voor een strip wordt debreedte b oneindig veel groter gesteld dan de kleinste maat awaardoor de vormfactor gelijk wordt aan de kleinste breedtegedeeld door tweemaal de rubberdikte.De drukspanning in de UGT mag maximaal 1,4 G S bedra-gen met een maximum van 7 G. Voor de sterkteberekeningvan elastomeer opleggingen wordt in hoofdstuk 5.5 van deel 1van [4] vermeld dat men minimaal een verplaatsing van 10 mmen een rotatie van 3 mrad in rekening moet brengen. Bij deongewapende oplegging type F (zie deel 1 van deze serie) heeft5Ontwerpen oplegmateriaal (2)42013726 Staalgewapende glij-oplegging Vilton Ciparall Noppenblok7 Staalgewapende glij-oplegging Vilton CI Perfo SToplegging te voorkomen. Maar tijdens de bouwfase zal, door degeringe externe horizontaalkrachten (nog geen remkrachten)of interne horizontaalkrachten (de afwezigheid van groteverkortingen door krimp en temperatuur), de oplegging innormale gevallen niet snel verschuiven. Daarentegen komt hetook voor dat prefab balken en liggers een ruime zeeg hebben(dus grote mate van hoekverdraaiing), terwijl het eigen gewichtniet genoeg is om te voldoen aan minimale belasting. Hierdoorkunnen ontoelaatbare kieren ontstaan bij zowel gewapende alsongewapende oplegblokken.Prefab-betonelementenOok wordt er in de norm nagenoeg geen aandacht besteed aan dewerkwijze bij bijvoorbeeld prefab-betonelementen (of stalenliggers). In tegenstelling tot bij in het werk gestorte constructies,waar de hoekverdraaiing direct na het storten 0 is, treedt bij(voorgespannen) prefab beton de grootste hoekverdraaiingmeestal tijdens de montage op. Vaak wordt dan vlak voor demontage wat kunstharsmortel aan de bovenzijde van de opleg-blokken aangebracht om het kieren van de oplegblokken `op tevangen'. Ook worden wel vooraf kunsthars schegstukken aan debovenzijde van de blokken aangebracht. Verder worden prefabelementen ook wel op tijdelijke opleggingen gesteld, waarnaMeestal worden diktes van 5 tot 20 mm toegepast. Reden hier-voor is dat in de utiliteitsbouw vrijwel nergens met verplaatsin-gen van 10 mm of meer gerekend hoeven te worden, of menkan glij-opleggingen toepassen. Kortom: vergeleken bij dehuidige werkwijze is [4] een trendbreuk als het gaat om hetontwerpen van opleggingen type F. Dit is dan ook de redenwaarom men in de utiliteitsbouw op zoek gaat naar anderemogelijkheden. Hier biedt DIN 4141 mogelijkheden metgeteste opleggingen voor toepassing in klasse 2 (geen instor-tingsgevaar).Vragen omtrent NEN-EN 1337De achtergronden van toetsingsregels uit [4] zijn meestal niette achterhalen. Naast het missen van achtergrondinformatiezijn er ook nog vaak verschillende interpretaties van de reken-regels mogelijk en roept de norm vragen op, onder andere metbetrekking tot de in rekening te brengen belastingcombinaties.Een voorbeeld van deze onduidelijkheden is hoe men opleggin-gen moet toetsen tijdens de bouwfase. Men kan namelijk devraag stellen of alle criteria wel moeten worden getoetst tijdensde bouwfase. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de minimale vlak-tedruk. Deze minimale vlaktedruk is om verschuiven van de6Ontwerpen oplegmateriaal (2) 42013 73Tot slotEr rust een zware taak op de schouders van de normschrijvers omaan de ene kant wildgroei in berekeningen te voorkomen, maaraan de andere kant goede nieuwe ontwikkelingen niet te frustre-ren. Het is in elk geval van groot belang dat ontwerpers/architec-ten, bestekschrijvers, constructeurs en aannemers de elastomeeropleggingen niet beschouwen als sluitstuk van de constructie. Erzijn veel schadegevallen bekend als gevolg van verkeerde ontwer-pen, verkeerde omschrijvingen in bestekken, verkeerde details enverkeerd bestellen van opleggingen. Vanzelfsprekend staat deveiligheid voorop, maar dat gaat steeds meer samen met finan-ci?le belangen. Juist door nu met meer keuzemogelijkheden totdatzelfde veilige doel te komen, door voldoende duurzaam mate-riaal te kiezen voor elke specifieke toepassing, kan ook een finan-cieel voordeel op het project ontstaan. Hetzelfde geldt voor hettoepassen van de innovatieve, ge?ntegreerde scheg die een aantalarbeidsgangen uit het proces haalt. Literatuur1 Rapport Brugopleggingen. Rijkswaterstaat, directie Bruggen, 1983.2 NEN 6723:1995/A1:2003 Voorschriften beton ? Bruggen ?Constructieve eisen en rekenmethoden (VBB 1995), inclusiefwijzigingsblad A (2003).3 NEN 6723:2009 Voorschriften beton ? Bruggen ? Constructieve eisenen rekenmethoden.4 NEN-EN 1337 Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnischetoepassingen (11 delen).5 NBD 00702a Eisen voor brugopleggingen, BouwdienstRijkswaterstaat (sinds 2000 diverse versies).6 Eisen voor brugopleggingen, Rijkswaterstaat Technisch document(RTD 1012:2012), 30 januari 2012.7 DIN 4141 Lager im Bauwesen.mortel tussen de ligger en het oplegblok wordt aangebracht. Nahet verharden van de mortel worden de tijdelijke opleggingenverwijderd. Het is de vraag of deze werkwijzen altijd juist in deberekeningen zijn verwerkt. Bovendien is deze werkwijze vaakeen extra schakel in tijd, transport en kostprijs van de oplegging.Met enige regelmaat blijken er zich ook andere situaties voor tedoen, waarin enkel het oplegblok type B (zie deel 1 van dezeserie) niet als kant-en-klare oplegging voldoet en moet de opleg-ging aan de bovenzijde worden voorzien van een schuine schegom met de schuinte of helling van het opliggende elementovereen te komen. Er is voor dit probleem een goede oplossinggevonden: een in het oplegblok ge?ntegreerd stalen schegstuk.Ge?ntegreerde schegDe ge?ntegreerde stalen scheg in type B oplegblok biedt veelvoordelen, zowel in uitvoering als in de productie. In hetontwerp kan hiermee rekening worden gehouden. De stalenwig kan zowel in x- als y-richting worden afgestemd op devraag. De vlakke ondergrond voor het evenwijdig op juistehoogte stellen is in praktijk doorgaans geen probleem.Ook in de utiliteitsbouw heeft de ge?ntegreerde scheg zijn voor-deel bijvoorbeeld bij een helling door afschot in combinatiemet hoekverdraaiing door zeeg of buiging. De montage kaneenvoudig en snel worden gerealiseerd zoals door de construc-teur is ontworpen. Een variant in oplegging type D met eenPTFE laag biedt dezelfde voordelen. Bedoeld wordt een glijblokwaarbij de glijplaat aan de onderzijde zit. In [4] tabel 2 is deglijplaat zo niet afgebeeld, maar biedt wel een goede mogelijk-heid indien is voorzien dat vuil niet kan intreden. In utiliteits-bouw is het, bij krappe dimensionering van de constructie,vaak noodzaak dat de glijplaat aan de onderzijde zit. Het blijktdat op die manier de kans het grootst is, dat de oplegreactiebinnen de wapening valt (zie NEN-EN 1992-1-1 artikel 10.9.5en figuur 10.3 en 10.5). Daarnaast is in utiliteitsbouw veelminder kans op vervuiling dan in open oplegconstructies bijbruggen. Out-of-the-box-denken en dit innoverend met elkaarafstemmen, kan tot slimme oplossingen leiden.7