2.2.1 Dilatatiecapaciteit

De primaire functie van een voegovergang betreft “Bieden van ruimte om rijdekken te laten verlengen, verkorten, verplaatsen in verticale richting en roteren ten opzichte van de steunpunten en/of rijdekken van kunstwerken.”.
De bijbehorende functionele eis is in de RTD1007-2 als volgt gedefinieerd: Het voegovergangsysteem dient gedurende de gehele ontwerplevensduur ruimte te bieden om resulterende translaties en rotaties op te nemen die optreden ter plaatse van een dilatatievoeg als gevolg van externe belastingen en intern opgelegde tijdsafhankelijke vervormingen van aangrenzende constructiedelen conform RTD1007-2 §5.1″.

De belastingen op bruggen en de daaruit resulterende vervormingen en voegbewegingen zijn reeds in algemene zin behandeld in hoofdstuk 3 van het handboek opleggingen. De door de voegovergang op te nemen verplaatsingen
worden bepaald door de maatgevende belastingcombinatie(s) volgens de RTD1007-2 §5.1.

In principe zijn er 6 mogelijke bewegingsvrijheden, zie onderstaande figuur..

Voegbewegingen (translaties en rotaties).
Bewegingsvrijheden (3 translaties en 3 rotaties).

 

  • ∆x: Verplaatsing in lengterichting (parallel aan de lengteas)
    Dit wordt ook wel als de hoofdbewegingsrichting gedefinieerd. Verkorting en uitzetting door de gelijkmatige temperatuurcomponent en verkorting door krimp en kruip zijn de voornaamste verplaatsingen in X-richting.
    Maar ook rembelasting leidt tot verplaatsingen in X-richting.
    Daarnaast kunnen ook translaties in X-richting optreden las gevolg van rotaties om de Z-as en Y-as (zie hieronder).
  • ∆y: Verplaatsing in dwarsrichting (loodrecht op de lengteas)
    Verplaatsing dwarsrichting kunnen bijvoorbeeld worden veroorzaakt door windbelasting.
    Ze kunnen ook optreden als gevolg van rotaties om de Z-as
  • ∆z: Verticale verplaatsing.
    Verplaatsingen in verticale richtingen kunnen worden veroorzaakt door indrukking van (hoge) rubber opleggingen) onder verticale verkeersbelasting.
    Verticale verplaatsingen worden ook veroorzaakt door rotaties om de Y-as en X-as (zie hieronder).
  • φx : Rotatie om de X-as
    Deze rotatie treed op bij ongelijkmatig verticaal inveren van (rubber) opleggingen of doorbuigen van een einddwarsdrager. Deze rotatie is in veel gevallen zeer minimaal en verwaarloosbaar.
    In bepaalde gevallen kan een rotatie om de x-as tot aanzienlijke verticale verplaatsingen leiden. Onderstaande situaties zijn daarvan een voorbeeld.

    Voorbeelden van rotatie om de X-as met aanzienlijke verplaatsingseffecten. Links: ongelijkmatige invering van hoge rubber oplegging bij excentrische belasting; Rechts: doorbuiging einddwarsdrager (stalen boogbrug)

  • φy : Rotatie om de Y-as
    Deze rotatie is altijd relevant en treed op door bijvoorbeeld buiging van de hoofddraagconstuctie door verkeer of temperatuurverschillen tussen onder en bovenzijde van het brugdek.
    Maar ook ongelijkmatige steunpuntzettingen leiden tot rotaties.

    Verplaatsingseffecten in X en Z richting door rotaties om de Y-as

  • φz : Rotatie om de verticale as
    Dit effect treedt op bij kromtrekken van een stalen dek in het horizontale vlak door eenzijdige zonnestraling, de zogenaamde horizontale temperatuurgradient, Bij stalen hoofddraagconstructies dient hier terdege rekening mee te worden gehouden. Met name bij oost-west georiënteerde bruggen speelt dit een aanzienlijke rol, waarbij de zuidelijke hoofdligger aanzienlijk warmer kan worden dan de andere hoofdliggers.  Bij betonnen brugdekken treed dit effect in veel mindere mate op als gevolg de gunstigere thermische eigenschappen. Bijzonder waakzaamheid geldt in onderhoudsituaties waarbij het asfalt van een stalen brugdek gedeeltelijk/gefaseerd wordt verwijderd c.q. vervangen. Door de zonnestraling wordt nu niet alleen de hoofdligger warmer maar ook een groot deel van de dekplaat. Daarnaast zal het hete asfalt leiden tot een aanzienlijke temperatuurbelasting op de dekplaat.
    Ook Excentrische rembelasting en centrifugaalbelasting kunnen bij drijvende oplegsystemen leiden tot rotatieeffecten om de Z-as.

Bepaling benodigde dilatatiecapaciteit

Verificatie vind in principe plaats te vinden voor de bruikbaarheidsgrenstoestand (RTD1007-2 §5.1.7) , ook wel serviceability Limit Sate (SLS) genoemd.
Voor de bepaling hiervan zie paragraaf 3.2.

Naast de bruikbaarheidsgrenstoestand dient ook de uiterste grenstoestand getoetst te worden. In de uiterste grenstoestand worden de verplaatsingen van de bruikbaarheidsgrenstoestand vermenigvuldigd met een factor 1,2. Het berekeningsresultaat dient getoetst te worden aan:

  • de maximale voegopening waarmee in de berekeningen van de mechanische weerstand is rekening gehouden: (zie bijlage 1, B1.4.2)
  • de minimale voegopening: in de onderliggende constructie en in de voegovergang mogen geen opspankrachten optreden die leiden tot bezwijken van de voegovergang en/of schade aan de onderliggende constructie.

In de uiterste grenstoestand hoeven niet alle functies meer vervuld te worden. Het gaat er in deze grenstoestand dus om dat de voegovergang niet bezwijkt en daarmee een onveilige situatie veroorzaakt. De voegovergang hoeft in die grenstoestand dus niet meer waterdicht, comfortabel en geluidsarm te zijn. Wel dient de voegovergang na het bereiken van de grenstoestand nog veilig berijdbaar te blijven.

NB: omdat er in de praktijk onduidelijkheid bestaat en als gevolg daarvan ook fouten worden gemaakt, zal in de toekomstige RTD1007-2 versie 4.0 de ULS-bepaling vervallen en vervangen worden door een nieuwe bepaling voor reductie van de bruto dilatatiecapaciteit:

Voor productfamilies 1,2,3 en 7 geldt dat er tenminste 10% van de dilatatiecapaciteit als reservecapaciteit aan de ’warme’ zijde van het temperatuurtraject beschikbaar moet blijven als veiligheidsmarge ten behoeve van uitvoeringstoleranties en om schade door onvoorziene horizontale opspankrachten door aanliggen van onderdelen te voorkomen.

Opmerking:

Als voorbeeld ter verduidelijking: een enkelvoudige randprofiel voegovergang heeft een maximaal toegestane opening van 80mm i.v.m. gebruiksveiligheid. 10% x 80 mm = 8mm dient als onbenutte reserve in mindering te worden gebracht. De voegovergang heeft daarmee een netto capaciteit van 80-8 = 72 mm. De neutrale dilatatieopening ligt dan op (80-8)/2+8= 44 mm.

Bewegingssnelheid : Laagfrequente en hoogfrequente bewegingen

Indien de prestaties van het beoogde type voegovergang afhankelijk zijn de belastingsnelheid, dient onderscheid gemaakt te worden in laagfrequente (langzaam optredende) voegbewegingen en hoogfrequente (snel optredende) bewegingen. Dit is voornamelijk het geval bij flexibele en verborgen voegovergangen omdat hier sprake is van opspankrachten. Snelle (hoogfrequente) bewegingen zoals deze veroorzaakt kunnen worden door verkeer kunnen te hoge opspankrachten geven omdat de flexibele voegmassa te weinig tijd heeft om snel te vervormen. De veerstijfheid van deze voeg is dus afhankelijk van de belastingssnelheid. Bij een kortdurende belasting gedraagt de voegovergang zich stijver als bij een langdurige belasting. De veerstijfheid zal in de meeste gevallen ook nog afhankelijk zijn van de temperatuur. Onder koude omstandigheden zal het materiaal aanzienlijk stijver gedrag vertonen als onder warme omstandigheden. De combinatie van lage temperatuur en hoogfrequente belasting zal dus maatgevend zijn voor de toetsing. Het kan de oorzaak zijn dat een voegovergang gaat scheuren of onthechten van de ondergrond, met lekkage tot gevolg. In de EAD voor flexibele voegovergangen (EAD 120011-00-0107 Flexible plug expansion joints with flexible filling based on a synthetic polymer as binder en EAD 120093-00-0107 Flexible plug asphaltic expansion Jointszijn testen opgenomen voor zowel langzame als snelle voegbewegingen. De grootte van de beweging en de minimale temperatuur dient door de leverancier te worden bepaald.

 

Verificatie dilatatiecapaciteit

In de bruikbaarheidsgrenstoestand dient de bewegingscapaciteit van de voegovergang voor respectievelijk de x,y en z-richting groter of gelijk zijn aan de maatgevende combinatiewaarde van de voegverplaatsing. De voegovergang dient binnen dit bereik aan alle functie-eisen te blijven voldoen. In paragraaf 5.3.2.1 is e.e.a. nader uitgewerkt/toegelicht.

 

Overige eisen m.b.t. dilatatiecapaciteit

In het ontwerp dient rekening gehouden te worden met een tijdelijk hoogteverschil tussen onderdelen van de voegovergang van minimaal 10 mm in het rijwegniveau ten behoeve van het vijzelen van een brugdek in verband met vervanging van opleggingen. Een uitzondering is gemaakt voor flexibele en verborgen voegovergangen. Een dergelijk tijdelijke hoogteverschil zal bij flexibele en verborgen voegovergangen niet opneembaar zijn. Het tijdelijke hoogteverschil ten behoeve van het vijzelen hoeft niet bezwaarlijk te zijn bij deze voegovergang families vanwege de doorgaans kortere ontwerplevensduur van deze voegovergangen, waardoor het tijdstip van vervanging van opleggingen afgestemd kan worden op het vervangen van de voegovergang/wegverharding.

Er ontstaat een tijdelijk hoogteverschil ten gevolge van vijzelen
Er ontstaat een tijdelijk hoogteverschil ten gevolge van vijzelen (links). Uitkragende sinusplaten dienen daarom aan de onderzijde te zijn voorzien van een uitsparing.

 

Specificeren geschikt temperatuurbereik

De instelling van de voegovergang in relatie tot de constructietemperatuur op moment van inbouwen dient te worden gespecificeerd. Indien er sprake is van een overcapaciteit, dan zal een bepaalde basisinstelling voldoen voor de meest voorkomende temperaturen tijdens de montage.

Door een keuring op de bouwplaats kan de constructietemperatuur worden vergeleken met het gespecificeerde bereik voor het product. Dit is een zeer relevante toets om zeker te stellen dat het product in staat is om de vereiste prestaties te leveren. Het kan handig zijn om een insteltabel op te stellen aan de hand van een controleberekening van de minimale en maximale voegopening die voor kunnen komen als het product bij een bepaalde constructietemperatuur wordt ingebouwd (kolommen in stapjes van 5 graden).

Toetsen min. en max. voegopening bij verschillende constructie temperaturen
Voorbeeld van toetsen min. en max. voegopening bij verschillende constructie temperaturen

Bij flexibele en verborgen voegovergangen ontbreekt een instelmogelijkheid. Voor de uitvoeringsfase dient in dat geval te zijn gespecificeerd binnen welke grenzen van de constructietemperatuur de voegovergang in het betreffende object kan worden ingebouwd opdat de toelaatbare rekken/vervormingen niet worden overschreden.