Trekkrachten in het contactvlak

De losse verbinding tussen ligger en staander is de eenvoudigste en waarschijnlijk oudste constructieve verbinding die er is. De Hunebedbouwers maakten er al gebruik van. Op het contactvlak tussen de zwerfkeien worden drukkrachten overgebracht via direct contact. Om schade, met name van betonconstructies, te voorkomen gebruiken we tegenwoordig oplegmaterialen tussen de elementen. Meestal is dat elastomeer (‘rubber’). In Nederland wordt ook vilt toegepast. Het gebruik van elastisch oplegmateriaal heeft vele voordelen maar is niet helemaal zonder gevolg. De vervorming van het volumevaste rubber veroorzaakt namelijk trekspanningen. Hiermee moet bij betonnen constructies rekening worden gehouden.

Oplegmaterialen effenen het oplegvlak en zorgen voor concentratie van de druk op de juiste plek. Zonder toepassing van opleggingen kunnen piekspanningen ontstaan door oneffenheden in het contactvlak. Een lichte scheefstand van de staander of doorbuiging van de ligger, leidt tot een drukpunt op de rand. Hetzelfde geldt bij contactvlakken die niet perfect evenwijdig lopen. Rubber opleggingen zijn elastisch en dientengevolge in staat translaties en hoekverdraaiingen op te nemen.

Alleen wanneer de drukspanningen zeer gering zijn, mogen  betonnen elementen koud op elkaar gelegd worden. Eventuele oneffenheden in de contactvlakken dienen dan eerst weggewerkt te worden met daartoe geëigende mortels. Bij vloer- en balkopleggingen zijn de drukspanningen meestal hoog en moeten dus oplegmaterialen worden gebruikt. Deze nemen de onregelmatigheden van het contactvlak op en verdelen de contactspanningen. De dikte van het oplegmateriaal bij B&U-projecten varieert doorgaans van 2 tot 20 mm voor ongewapend rubber en van 10 tot circa 40 mm mét wapening. Gewapend rubber is als brugoplegging ook in grotere dikten leverbaar. Gangbare dikten van oplegvilt zijn 5 en 10 mm.

Een 2 mm dik rubber doet alleen dienst als egalisatie- en drukverdelingslaag. Hetzelfde geldt voor vilt. Dit materiaal is namelijk niet elastisch. Dat wil zeggen dat veranderingen van vorm onder druk grotendeels blijvend zijn. Vilt is daarom alleen geschikt voor toepassing in constructies waar nauwelijks horizontale verplaatsingen en variaties in hoekverdraaiingen voorkomen. Voor de opname van planparallelle verschuivingen (meestal lengteverandering van de ligger) en rotaties, is elastomeer met enige hoogte benodigd. Hoe dikker, hoe meer verschuiving mogelijk is. Hoe groter de hoogtemaat én hoe smaller de oplegging, hoe meer hoekverdraaiing kan worden opgenomen. Een dikkere oplegging kan echter niet altijd tot het maximum worden belast. Zie het artikel ‘Vormfactor: begrenzing van de oplegdruk’.

Oplegmateriaal moet op een bepaalde afstand van de rand van het dragende element worden geplaatst om afbrokkelen van de ongewapende randzone van het steunpunt te voorkomen. De te hanteren randafstand zijn te vinden in de tabellen 10.2 tot en met 10.4 van Eurocode 2 deel 1-1. Gecontroleerd dient te worden of de ligger bij maximale doorbuiging de rand van het beton niet raakt.

Bij het gebruik van elastomeer opleggingen zullen trekkrachten ontstaan in de aangrenzende bouwelementen. Dat komt omdat elastomeer onder druk zijn volume behoudt. De oppervlaktewrijving ter plaatse van het contactvlak met de bouwelementen verhindert het rubber om in zijdelingse richting uit te zetten. Het gevolg is het ontstaan van trekspanningen in het aangrenzend materiaal en drukspanningen in het elastomeer. Deze spanningen nemen toe met de rubberdikte. De trekkrachten dienen niet verward te worden met splijtspanningen die op een zekere diepte optreden en bij elk belast oppervlak voorkomen. Om de krachten te kunnen opvangen dient wapening, met inachtneming van de vereiste dekking, zo dicht mogelijk onder het oppervlak te worden gelegd.

Voor de berekening van de trekkrachten hanteerde men in (de inmiddels vervallen) norm DIN 4141-15 5.3 de volgende formule.
Met daarin:
F = belasting in kN
a = maat van de oplegging in de richting van de trekkrachten in mm
t  = dikte van de oplegging in mm

Een voorbeeld met een 15 mm dikke oplegging met een oppervlakte van 100 x 200 mm:

Advertentie