3.3.6.2 Vervormingen door de gelijkmatige temperatuurcomponent (TN)

Voor de lengte- en breedteverandering in kunstwerken wordt volgens NEN-EN 1991-1-5/NB in Nederland uitgegaan van een omgevingstemperatuur  T0 = + 10⁰ C (middenpositie), Tmax =+ 30⁰ C en  Tmin =-25⁰ C. Minimum en maximum waarden betreffen schaduwtemperaturen met een jaarlijkse overschrijdingskans van 0,02 (equivalent aan een gemiddelde herhalingstijd van 50 jaar), gebaseerd op de metingen  waargenomen per uur. De gegevens van het KNMI in het volgende figuur laten het volgende beeld voor de Bilt zien:

Minimale dagtemperaturen in de Bilt (bron: KNMI)
Minimale dagtemperaturen in de Bilt (bron: KNMI)
Maximale dagtemperaturen in de Bilt (bron: KNMI)
Maximale dagtemperaturen in de Bilt (bron: KNMI)

 

De waarde van -25°C lijkt dus correct. De waarde van 30°C lijkt echter onjuist. Dit wordt nog eens bevestigd door onderstaand figuur.

Gemiddeld aantal tropische dagen per jaar in Nederland
Gemiddeld aantal tropische dagen per jaar in Nederland

In figuur NB.1-6.1 van EN1991-1-5  is voor de verschillende type bovenbouwconstructies de bijbehorende constructietemperaturen gegeven.
027

Stalen brugdekken warmen snel op en koelen snel af door een hogere thermische geleidbaarheid en een lagere warmtecapaciteit: -3/+16 ⁰C t.o.v. de omgevingstemperatuur. Dit resulteert in een gelijkmatig temperatuurtraject van -28 tot +46⁰C.

Betonnen brugdekken warmen langzaam op en koelen langzaam af door een lage thermische geleidbaarheid en een hoge warmtecapaciteit: +8/+2⁰ C t.o.v. de omgevingstemperatuur. Dit resulteert in een gelijkmatig temperatuurtraject van -17 tot +32⁰C.

Volgens RTD1007-2 moet voor het ontwerp in aanvulling op EN1991-1-5 rekening worden gehouden met een toeslag op de gemeten constructietemperatuur i.v.m. de onzekerheid tussen de gemeten constructietemperatuur en de werkelijk gemiddelde constructietemperatuur op moment van inbouwen. Voor betonnen kunstwerken is deze toeslag +/- 3 °C.  Voor stalen brugdekken is deze toeslag  +/- 10 °C.

Hieruit resulteren de volgende temperatuurtrajecten voor het ontwerp van voegovergangen en opleggingen:

  • Betonnen rijdek: -20°C /+35°C
  • Stalen rijdek:   -37°C /+57°C

Voor de thermische uitzettingscoëfficiënt voor (grind)beton en staal wordt doorgaans 12 * 10-6 aangehouden. In de EN1991-1-5 wordt voor beton een waarde 10 * 10-6 aangegeven, echter dit lijkt op basis van uitgevoerd onderzoek maar beperkt geldig voor bepaalde toeslagmaterialen, zie onderstaande tabel.. In Nederland bestaat het toeslagmateriaal vaak uit riviergrind en –zand met een hoog kwartsgehalte, waarvoor bij de in de bruggenbouw vaak toegepaste betonsterkteklassen een waarde tussen 12 * 10-6 en 13 * 10-6 geldt.

 

028

 

Behalve lengteveranderingen kunnen natuurlijk ook veranderingen in breedte optreden.

Bij een stalen bovenbouw op een betonnen onderbouw rekening gehouden te worden met de optredende gelijkmatige temperatuurverschillen (van circa 15°C). Dit kan in dwarsrichting vooral bij stalen bruggen dus leiden tot aanzienlijke dwarsverplaatsingen van het brugdek t.o.v. de onderbouw.

Bij betonnen brugdekken op een betonnen onderbouw wordt over het algemeen er vaak van uitgegaan dat door de gelijkmatige temperatuurcomponent de gehele constructie, zowel de onderbouw als de bovenbouw overal gelijkmatig ongeveer even veel opwarmt c.q. afkoelt en dat er dus tussen geen bewegingen in breedterichting optreden. Dit is in werkelijkheid echter maar ten dele waar. De bovenbouw staat onder directe invloed van de luchttemperatuur, maar de onderbouw vaak maar ten dele. De temperatuur van een landhoofd of pijlerfundering wordt vaak voor een groot deel bepaald door de temperatuur van de ondergrond waarin deze is opgenomen.

De NEN-EN 1991-1-5/NB art 6.1.6 geeft echter geen normatieve waarden voor dit temperatuurverschil. Een temperatuurverschil tussen lucht- en bodem van 10°C is normaal. Het in rekening brengen een gemiddeld temperatuurverschil tussen een betonnen onderbouw en een betonnen bovenbouw van 5°C is daarom realistisch.