Geluidsschermen. Best practice -berekeningen

Geluidsschermen ‘Best practice’-berekeningen

Geluidsschermen ‘Best practice’-berekeningen

Inhoud 1. Inleiding

3

2. Bepaling Cs * Cd voor geluidsschermen

4

5.

9

3. Bovenbelasting

4. Rekenprogramma’s

Oplegging transparante panelen

6. Reducties in het geotechnisch horizontaal paaldraagvermogen bij alleenstaande 7.

8

palen en paalgroepen met een horizontaal maaiveld en/of nabij een talud

10

Combinatie float en (half) gehard glas

29

Kip stijlen geluidsschermen

8. Botsbelasting op schermen met geïntegreerde voertuigkerende functie 9.

7

10. Coulissen

11. Kabelsleuven 12. Slotwoord Bijlage

15 25 31 32 33 34

BP BEREKENINGEN GELUIDSSCHERMEN

1. Inleiding De Vakgroep Specialistische Wegenbouw wil de kennis van geluidsschermen onder de leden

uitwisselen en vergroten. Geluidsschermen worden namelijk veelvuldig toegepast in projecten en hebben te maken met sterk variërende specificaties. Deze komen voort uit de wensen en

eisen van de opdrachtgever, wensen van de stakeholders, richtlijnen van toetsende instanties en omgevingsaspecten. De specificaties voor geluidsschermen kunnen als gevolg daarvan

uniek zijn, terwijl een unanieme aanpak mogelijk en gewenst is. Met dit doel is de werkgroep Best Practice opgericht, als onderdeel van de afdeling Geluid.

De werkgroep heeft, in overleg met de ontwerpers van lidbedrijven, diverse unieke

praktijkspecificaties geanalyseerd en verwerkt tot deze eindrapportage. Elk hoofdstuk omvat een unieke specificatie.

Op 15 juni 2010 is de werkgroep van start gegaan. Door de invoering van de Eurocode in 2012 is een aantal onderwerpen inmiddels achterhaald, die daarom niet zijn opgenomen in deze eindrapportage.

Wij wensen u veel succes met deze houvast op toekomstige projecten. De werkgroep Best Practice, René Houdijk Eppo Zuur

Léon Koopmans

3


2. Bepaling Cs * Cd voor geluidsschermen Bij het bepalen van de windbelasting wordt regelmatig verondersteld dat de factor Cs * Cd in het

ontwerp van geluidsschermen op 1,0 moet worden gesteld. De NEN-EN-1991-1-4 geeft ook de

mogelijkheid om deze factor te berekenen, waarbij het mogelijk is in sommige gevallen onder de 1,0 uit te komen.

De hierna volgende voorbeeldberekening laat zien of de factor Cs * Cd altijd op 1,0 kan worden

verondersteld. Door deze berekening uit te voeren conform de Eurocode Wind wordt tevens gecontroleerd of het is toegestaan om de factor Cs * Cd te berekenen voor geluidsschermen, waarbij het mogelijk is lager uit te komen dan 1,0. Voorbeeldberekening factor Cs * Cd Uitgangspunten:

• Locatie geluidsscherm A59-N261, Waalwijk-Tilburg • Hoogte 6,5 meter

• Lengte 300 meter

• HOH-afstand stijlen 6 meter

• Hierdoor valt het scherm conform NEN-EN-1991-1-4 in windgebied 3 en terreincategorie 2. Het scherm bevindt zich in onbebouwd gebied.

Conform NEN-EN-1991-1-4 art. 6.3.1:

Cd wordt op 1 gezet. Deze factor komt overheen met de ’oude’ waarde ϕ uit de NEN 6702 en

voldoet aan de eisen conform NEN-EN-1991-1-4 NB art. 6.1 (1). Conform bijlage C, formule (C.1) van de NEN-EN-1991-1-4:

Conform NEN-EN-1991-1-4 NB bijlage B, waarin L(zs):

Lt = 300 m1

α = 0,67 + 0,05 * ln(z0) zt = zmax

Conform tabel 4.1 NEN-EN-1991-1-4 NB geldt voor terreincategorie 2 (onbebouwd): z0 = 0,2 m

zmin = 4 m

zmax = 200 m

4


Conform NEN-EN-1991-1-4 figuur 6.1 geldt voor verticale constructies: zs = 0,6 * 6,5 = 3,9 m < zmin = 4 m1

Zodat conform art. NEN-EN-1991-1-4 NB art. 4.4:

zmin ≤ z ≤ zmax = 4 > 3,90 ≤ 200 m ==> zs = zmin = 4,0 m1 Hieruit volgt:

α = 0,67 + 0,05*ln(z0) = 0,5985

kI = 1,0 conform NEN-EN-1991-1-4 art. 4.4

C0,z = 1,0 omdat wordt aangenomen dat er geen hellingen en heuvels aanwezig zijn.

De glooiingen en hellingen zijn allemaal kleiner dan 3 graden conform NEN-EN-1991-1-4 art. 4.3.3 (2).

Hieruit volgt:

Zodat:

Zodat Cs * Cd = 1 * 0,887 = 0,887.

Conform NEN-EN-1991-1-4 NB art. 6.3.1 mag Cs * Cd nooit kleiner zijn 0,85.

5


Conclusie De definitie van Cs en Cd is conform de NEN-EN-1991-1-4 art. 6.3.1.

Cd houdt rekening met het toenemende effect van trillingen door turbulentie in resonantie

met de constructie. Deze factor komt overheen met factor ϕ uit NEN 6702, die voor de meeste

geluidbeperkende constructies conform NEN 6702 op 1,0 mag worden gesteld. De voorwaarden waaraan moet worden voldaan, zijn conform NEN-EN-1991-1-4 NB art. 6.1 (1).

Cs houdt rekening met het reductie-effect op de windbelasting door het niet simultaan

voorkomen van de extreme stuwdruk op het vlak. In vergelijking met de windbelasting volgens NEN 6702 is dit een nieuw fenomeen dat wordt meegenomen in de windbelasting.

Cs is een ’nieuwe’ factor die in de NEN-norm voor het bepalen van de karakteristieke

windbelasting nog niet werd verdisconteerd. Als men deze factor uitrekent, is het mogelijk in sommige gevallen en situaties het product Cs * Cd terug te brengen.

6


3. Bovenbelasting Afhankelijk van de voorgeschreven normen wordt de voorgeschreven bovenbelasting toegepast bij schermen die tevens een grondkerende functie hebben. Voor geluidsschermen die niet grondkerend zijn, wordt geen bovenbelasting berekend voor de dimensionering van de paalconstructie. Conclusie Voor grondkeringen zal voor de bovenbelasting doorgaans 5 kN/m2 worden aangehouden

conform CUR 166 tabel 3.6, NEN 6705 en 6740. Bij inspectiepaden langs het spoor geldt 2,5 kN/m2 op basis van OVS 00056 7.1 – art. 4.4.

7


4. Rekenprogramma’s Voor het berekenen van de paalfunderingen en de stijlen van geluidsschermen zijn er meerdere programma’s op de markt beschikbaar. Bekende programma’s zijn: • Dsheet (Single pile) • Scia Engineer • Technosoft

Het programma Dsheet met de module Single pile is het meest geavanceerd. Uit de in te voeren sonderingsgegevens kunnen direct de grondparameters worden bepaald. De bovenbouw van

het geluidsscherm (stijl) kan ook worden ingevoerd. Uit de berekeningsresultaten kunnen direct de krachtswerking in de palen en stijl met de daarbij behorende vervormingen worden bepaald. De huidige programmatuur D-sheet genereert automatisch parameters op basis van een

ingevoerde sondering (GEF-bestand). De werkgroep kan hiermee uit de voeten. Sommige

programma’s (Technosoft) geven de parameters op meter breedte en deze moeten vervolgens worden omgerekend naar de breedte van de toegepaste paal. Dit vereist een omrekening van m1 breedte naar de werkelijke breedte van de paal.

In het handboek Funderingsontwerp van november 2002 is hierover het een en ander geschreven:

Het analyseren van een horizontaal belaste paal met behulp van een damwandcomputer programma biedt het voordeel dat een meerlagensysteem kan worden beschouwd, waarbij het interactieproces tussen grond en paal vrij goed kan worden gesimuleerd. Overeenkomstig de berekening van damwanden wordt hierbij de paal geschematiseerd door een elastische ligger, ondersteund door elastoplastische grondveren. De berekening wordt uitgevoerd per m1 wand. Gezien de beperkte diameter van een paal ten opzichte van een doorgaand palenscherm dienen de invoerparameters te worden aangepast, waarbij wel rekening moet worden gehouden met de optredende schelpwerking. Dit betekent dat de waarden van de gronddrukcoëfficiënten en horizontale beddingsconstanten op basis van de meewerkende breedte (= schelpfactor × dwarsafmeting) van de paal moeten worden gecorrigeerd. Het uitvoeren van dergelijke analyses vergt de nodige deskundigheid en ervaring en moet bij voorkeur geschieden door een geotechnisch adviseur.

Conclusie De werkgroep is van mening dat de constructeur beslist hoe de parameters worden bepaald.

8


5.

Oplegging transparante panelen

Door het ontbreken van aanvullende onderzoeken wordt voor het berekenen van transparante schermpanelen in geluidsschermen een ’oude’ rekenregel gehanteerd. Hierdoor worden deze panelen veel conservatiever (en dus financieel nadeliger) gedimensioneerd dan nodig.

In opdracht van Bouwend Nederland heeft een onafhankelijk testbureau transparante PMMA-

platen beproefd op vervorming/doorbuiging bij verschillende oplegconstructies en opleglengtes (zie bijlage). Doel van het onderzoek was te meten hoeveel doorbuiging optreedt bij

verschillende oplegsamenstellingen en inklemmingen. De transparante PMMA-platen, 17 mm dik, zijn tweezijdig opgelegd op een meetopstelling en belast door een maximale equivalente

windbelasting van 1,10 kN/m2. Aan de hand van de meetresultaten kan een rekenmodel worden herleid voor deze dunwandige panelen.

In vergelijking met tot voorheen gehanteerde globale handberekeningen met vergelijkbare constructie-opbouw (op basis van een ‘vergeet-me-nietje’ uit de mechanicaleer) blijkt de

werkelijke gemeten vervorming/doorbuiging veel geringer te zijn dan uit het rekenmodel bleek. De inklemmingsgraad ter plaatse van de oplegging blijkt in de proef namelijk veel hoger te zijn dan in dit model werd gehanteerd.

In dit ‘vergeet-me-nietje’ met gelijkmatig verdeelde belasting op twee steunpunten is de

vervormingsfactor voor de doorbuiging in het midden van de overspanning 5/384 bij een vrije oplegging (0% inklemmingsgraad ter plaatse van de oplegging). Bij een volledige inklemming (100% inklemmingsgraad ter plaatse van de oplegging) is de vervormingsfactor voor de doorbuiging in het midden van de overspanning 1/374.

In het voorheen gehanteerde rekenmodel voor de PMMA/glaspanelen werd voor de opleggingen

vaak uitgegaan van half volledig ingeklemd en half vrij opgelegd (vervormingsfactor 3/384 = 50% inklemmingsgraad).

Uit de inklemmingsproef (zie bijlage) volgen de volgende conclusies:

• Een oplegging van 30 mm breedte met rubberprofiel komt overeen met 95% (gelijkmatige) inklemming (vervormingsfactor = 1,25/384) van het paneel.

• Een oplegging van 50 mm breedte (of meer) met rubberprofiel komt overeen met 100% (gelijkmatige) inklemming (vervormingsfactor = 1/384) van het paneel.

• Het toepassen van een rubberdikte van 3 mm heeft circa 1 – 5% minder vervorming tot gevolg bij een oplegging van 50 mm breedte of meer ten opzichte van een rubberdikte van 5 mm.

• De meetresultaten zijn betrouwbaar. Bij het hanteren van het rekenmodel dient echter wel rekening te worden gehouden met bouwtoleranties.

Conclusie Geadviseerd wordt om in de berekeningen een inklemming te hanteren van 80% (vervormings factor = 1,75/384) bij een bevestiging/inklemconstructie van een dunwandige plaat met

druklijst of hoeklijn. Dit vanwege bouw-, opleg- en plaattoleranties, alsmede variaties in het aandraaimoment van de bouten.

In tegenstelling tot het globale ‘vergeet-me-nietje’ kan de opstelling ook in een raamwerk-

rekenprogramma worden gemodelleerd. Eén mogelijkheid is een algemene rotatieveerconstante

ter plaatse van de oplegging te definiëren. Een andere optie is deze gedetailleerd op te zetten om de meetopstelling te simuleren met de verschillende elasticiteitsmodulussen en buigstijfheden van de diverse materialen. 9


6. Reducties in het geotechnisch horizontaal paaldraag vermogen bij alleenstaande palen en paalgroepen met een horizontaal maaiveld en/of nabij een talud Een oudere en veilige (doch conservatieve) methode voor het bepalen van de reductiefactor in de horizontale gronddruk en beddingwaarden is weergegeven in de GCW 2001. Hierbij wordt over de gehele taludhoogte een meestal forse reductiefactor toegepast, die resulteert in forse paalafmetingen.

Op basis van nieuwe inzichten in het bepalen van de hoogte en de mate van de eventueel te

reduceren beddingwaarde achter funderingspalen is een berekeningswijze uitgewerkt die in

dit hoofdstuk is weergegeven. Deze is nauwkeuriger afgestemd op het aanwezige horizontale paaldraagvermogen bij de aanwezigheid van een talud in het grondlichaam. Reductie buigstijfheid betonnen palen Als vervorming van de palen maatgevend is in de berekening, kan voor het materiaalgedrag van een betonpaal worden uitgegaan van een ongescheurde (korte duur) betonstijfheid (Eongescheurd,∞ = 0,5 E’b).

Als de buigende momenten in de palen maatgevend zijn in de berekening, kan voor het

materiaalgedrag van een betonpaal worden uitgegaan van een ongescheurde korte duur

betonstijfheid (Eongescheurd,∞ = 0,5 E’b). Dit vanwege de relatief kort durende windbelastingen. Reductie buigstijfheid stalen palen Bij stalen palen gelden bovenstaande buigstijfheidsreducties niet. Bij deze palen dient een

eventueel optredende corrosie van het materiaal gedurende de levensduur verdisconteerd te

worden in de toe te passen kerndikten van de staalprofielen. Aanvullend voor de corrosietoeslag wordt verwezen naar tabel 9.2 uit CUR 166 indien de corrosieafname niet door de

opdrachtgever is voorgeschreven. Gebruikelijk is voor een geluidsscherm met een levensduur

van 50 jaar in ophoging of in natuurlijke ondergrond (schone bodem) een corrosieafname van 0,6 mm per zijde aan te houden.

Een veilige aanname is het lineair reduceren van de stijfheid (EI) en het maximaal opneembare moment met de afname van de wanddikte. Bij een meer gedetailleerde beschouwing kan deze lineaire afname worden gereduceerd.

10


Horizontale veerstijfheid De horizontale beddingconstante (veerconstante) voor palen wordt bepaald met de theorie

van Ménard. De veerstijfheid van alleenstaande palen en paalgroepen in combinatie met een horizontaal maaiveld en/of een nabij gelegen talud kan worden berekend met de volgende formule:

Kh = Kh,a * e,i * R

Kh = de horizontale beddingconstante (kN/m3) per strekkende meter

Kh,a = de horizontale beddingconstante (kN/m3) voor een alleenstaande paal e,i = de reductiefactor die het groepseffect in rekening brengt

R = de reductiefactor die het effect van het talud in rekening brengt

De bepaling van de horizontale veerstijfheid volgens Ménard voor alleenstaande palen en paaljukken (paalgroepen komen zelden voor) is gebruikelijk en conform CUR 228.

Voor de bepaling van de gronddruk wordt vaak uitgegaan van de methode Brinch-Hansen (zie CUR 228 en de GCW 2001).

Single pile

P

Pr

Pr = α1P

Pult

Pile in group

yr - α2y y

yr

Figuur 1: Reductie in beddingwaarde van funderingspalen bij groepswerking conform methode Reese en Van Impe.

11


Paalgroep (tweepaals poer) De reductiefactor ’e’ is afhankelijk van de HOH-afstanden van de funderingspalen in rij S1 en tussen de paalrijen S2 (zie figuur 2). S1

S1

S2 Fh

Figuur 2: Tweepaals paalgroepen

Voor de voorste palenrij geldt: Voor de tweede palenrij geldt:

(bron: Reese en Van Impe)

(bron: Reese en Van Impe)

In deze formule is D de equivalente paaldiameter. Praktische benadering voor berekeningen Bij paaljukken dienen de horizontale gronddruk en horizontale beddingconstante van

de voorste paal te worden gereduceerd met 50% bij een paalafstand van 3 à 4 maal de

paaldiameter (zie bijlage GCW 2001). Houdt de praktische oplossingsmethode volgens de GCW 2001 aan voor paaljukken met paalafstanden van 3D tot 6D. Eénpaals poer De reductiefactor ’e’ is afhankelijk van de HOH-afstanden van de funderingspalen in rij S1 (zie figuur 3). S1

S1

Fh

Figuur 3: Eenpaals paalgroepen

Bij een alleenstaande paal geldt voor de reductiefactor van de onderlinge paalafstand: (bron: Reese en Van Impe)

(e bij S1/D ≥ 3,75 = 1,00)

In deze formule is D de equivalente paaldiameter.

12


Praktische benadering voor berekeningen Bij alleenstaande palen is er geen sprake van reductie van de horizontale gronddruk

en horizontale beddingconstante bij een paalafstand, praktisch gezien, van minimaal 3,75 D of groter. Talud Bij palen in de nabijheid van een talud wordt geadviseerd de beddingconstante en de maximale

gronddrukcoëfficiënten te reduceren tot 50% of 0% over de bovenste 1 m1 tot 1,50 m1 (CUR 228). De reductiefactor ’R’ is afhankelijk van de hoogte van het talud. Indien er weinig grond achter

de paal aanwezig is, zal de horizontale veerconstante lager zijn, omdat er minder grond wordt

gemobiliseerd. De waarde van de reductiefactor is onderbouwd in figuur 4 en 5. De stippellijn in het figuur beschrijft het bezwijkvlak en is afhankelijk van de hoek van inwendige wrijving. Daar waar het afschuifvlak het talud kruist, is de bijdrage van de veerconstante 100%.

Daar waar het talud de fictieve verlenging van de paal snijdt, is de bijdrage 0%. Op basis van deze punten kan de bijdrage ter plaatse van bovenkant talud worden bepaald met lineaire interpolatie.

h,�ic

Bijdrage Kh = 0% B1

B2

Bijdrage Kh op b.k. talud bepalen door interpolatie Bijdrage Kh = 100%

θ = 45- φ/2 Figuur 4: Benaderingsmethode voor bepaling van de reductie van de geotechnische beddingconstante op funderingspalen nabij taluds.

13


Hoek in wrijving Hoek in afschuifvlak Helling talud Hoogte talud Afstand rand paal tot talud, b.k. talud Afstand snijvlak t.o.v. paal

Effectiviteit hor. veer t.p.v. b.k. talud Effectiviteit veer gem. over hoogte

φ θ s h B1 x h1 h2 h,fic

R R,gem

h,�ic

h

h2

30 0,52 3 2,49 1 3,10 1,79 0,70 0,33

θ = 45- φ/2

h = b.k. talud - maaiveld

x = [h + (1/s) * B1] / [tan (θ) + (1/s)] h1 = tan (θ) * x = h - (1/s) * (x - B1) h2 = h - h1 h,fic – (1/s) * B1 R = 100/x * B1 R,gem - (100 + P1)/2

Bijdrage Kh = 0% B1

x

14

m m m m m m

32 % 66 %

h1

Figuur 5: Rekenmodel van de benaderingsmethode.

° rad

B2

θ = 45- φ/2

Bijdrage Kh op b.k. talud bepalen door interpolatie

1

Bijdrage Kh = 100% s


7.

Kip stijlen geluidsschermen

In NEN-EN-1993-1-1 NB zijn rekenregels opgenomen voor de controle op kip bij stalen liggers. De rekenregels zijn gebaseerd op de aanwezigheid van minimaal een gaffel en/of kipsteun per

liggereinde. Bij geluidsschermen worden veelal stalen bovenstijlen van profielstaal (uitkragende

liggers) toegepast, waarbij aan het vrije einde geen gaffel en/of kipsteun aanwezig is. In principe gelden de in NEN-EN-1993-1-1 NB vermelde rekenregels voor controle op kip dus niet voor deze situatie of dit model.

In de hierna volgende beschrijving en berekening wordt aangetoond dat de vermelde

rekenregels voor controle op kip conform NEN-EN-1993-1-1 NB onder voorwaarden ook kunnen worden gehanteerd voor de berekening van de stalen bovenstijlen.

Voorbeeldberekening kipkromme algemeen versus kipkromme voor gewalste stalen profielen Uitgangspunten:

• Geluidsscherm van 3 meter

• Stijlen worden uitgevoerd in HEA 160-profielen S235 JR • De gegevens van een HEA 160: h = 152 mm

Iy = 1673 * 104 mm4

b = 160 mm

Iz = 615,6 * 104 mm4

r = 15 mm

Wy,pl = 245 * 103 mm3

tf = 9 mm

tw = 6 mm

It = 12,1 * 104 mm4

3

Wy,el = 220 * 103 mm3

Conform NEN 6771 art. 12.2.5.1 bedraagt het elastische kipmoment:

Conform NEN 6771 art. 12.2.5.2 voor gewalste profielen kred = 1

Conform NEN 6771 art. 12.2.5.3:

Voor I-profielen mag als benadering worden aangehouden:

Voor de factoren C1 en C2 geldt tabel 9, voor een uitkragende ligger met een gelijkmatig

verdeelde belasting geldt geval 6, zodat C1 = 1,68 en C2 = 0,78 en lst = 0,82 * l.

Voor C2 geldt dat deze een keer negatief en positief mee moeten worden genomen,

aangezien de wind van twee kanten kan komen.

Tussen 1 gaffel en 1 kipsteun of tussen 2 kipsteunen geldt: lkip = (1,4 – 0,8 * β) * lst 15


Waarin:

Hieruit volgt:

lkip = (1,4 – 0,8 * β) * lst = 1,4 * 0,82 * l = 1,148 * l = 1,148 * 3000 = 3444 mm lg is de gaffelafstand, voor een uitkraging geldt:

lg = 2 * 3000 = 6000 mm

Vervolgens met C1 = 1,68 en C2 = -0,78 volgt:

Met C1 = 1,68 en C2 = 0,78 volgt:

16


Toetsing met algemene kipkromme 1 In NEN-EN-1993-1-9 art. 6.3.2.2 wordt het staalprofiel eerst getoetst conform de algemene kipkromme, zodat bij C2 = -0,78 bijbehorend kipmoment Mke = 138 kNm geldt:

Waarin:

Uit tabel 6.4 uit NEN-EN-1993-1-1 volgt voor gewalste profielen:

Hieruit volgt kipkromme a, zodat αLT = 0,21

Hieruit volgt:

ϕLT = 0,5 * [1 + 0,21 * (0,646 – 0,2) + 0,6462 ] = 0,755 Zodat:

χLT = 0,87

Zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒy;d * χLT = 0,87 * 57,6 = 50 kNm

17


Toetsing met algemene kipkromme 2 Bij C2 = 0,78 en bijbehorend kipmoment Mke = 352,5 kNm geldt:

Waarin:


Hieruit volgt kipkromme a, zodat αLT = 0,21

Hieruit volgt:

ϕLT = 0,5 * [1 + 0,21 * (0,404 – 0,2) + 0,4042 ] = 0,603 Zodat:

χLT = 0,95

Zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒy;d * χLT = 0,95 * 57,6 = 55 kNm

18


Toetsing met kipkromme voor gewalste profielen 1 In NEN-EN-1993-1-9 art. 6.3.2.3 wordt het staalprofiel eerst getoetst conform de algemene kipkromme, zodat bij C2 = -0,78 en bijbehorend kipmoment Mke = 138 kNm geldt:

Waarin:


Hieruit volgt kipkromme b, zodat αLT = 0,34

Hieruit volgt:

ϕLT =0,5 * [1 + 0,34 * (0,646 – 0,4) + 0,75 * 0,6462] = 0,698

Er is een enkele steun, dus f = 1,0, zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒy;d * χLT = 0,896 * 57,6 = 51,62 kNm

19


Toetsing met kipkromme voor gewalste profielen 2 Bij C2 = 0,78 en bijbehorend kipmoment Mke = 352,5 kNm geldt:

Waarin:

Uit tabel 6.5 in NEN-EN-1993-1-1 volgt voor gewalste profielen:


Hieruit volgt:

ϕLT = 0,5 * [1 + 0,34 * (0,404 – 0,4) + 0,75 * 0,4042] = 0,56

⇒ χLT = 1

Er is een enkele steun, dus f = 1,0, zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒy;d * χLT = 1 * 57,6 = 57,6 kNm

Dezelfde berekening wordt ook uitgevoerd voor een IPE 270-profiel met een schermhoogte van 3 meter: h = 270 mm b = 135 mm

tf = 10,2 mm tw = 6,6 mm r = 15 mm

20

Iy = 5790 * 104 mm4

Iz = 419,9 * 104 mm4

It = 15,71 * 104 mm4

Wy,el = 428,9 * 103 mm3 Wy,pl = 480 * 103 mm3


Met een spreadsheet die dezelfde berekening uitvoert als hiervoor, volgt het volgende: Kipmoment

Schermhoogte Profiel

h= b=

3,00 m

IPE 270

270 mm

135 mm

Mud =

114 kNm

6,6 mm

S=

3537 mm

lg =

6000 gaffelafstand

tf =

10,2 mm

r=

15 mm

l1 =

1,6 cm4

α=

985,52

kred =

1,00

tw =

Wypl =

484,0 cm3

ly =

cm4

lt =

lz =

5789,8 419,9

cm4

Wind van links

h/tw =

40,91

Wind van rechts 1,68

C1 =

C=

61,87

C=

15,59

λrel =

0,57

λrel =

1,14

Mke = ωkip = ωkip * Myud

0,78

347 kNm

0,900 (kromme a) 102 kNm

C2 = Mke = ωkip = ωkip * Myud

(plastisch)

3444 ongesteunde lengte

C1 = C2 =

21

235 N/mm2

ƒyd =

1,68

-0,78

87 kNm

0,569

65 kNm


Toetsing met kipkromme voor gewalste profielen 1 In NEN-EN-1993-1-9 art. 6.3.2.3 wordt het staalprofiel eerst getoetst conform de algemene kipkromme, zodat bij C2 = -0,78 en bijbehorend kipmoment Mke = 87 kNm geldt:

Waarin:



Hieruit volgt:

ϕLT = 0,5 * [1 + 0,34 * (1,14 – 0,4) + 0,75 * 1,142] = 1,113

⇒ χLT = 0,614

Er is een enkele steun, dus f = 1,0, zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒy;d * χLT = 0,614 * 114 = 70 kNm

22


Toetsing met kipkromme voor gewalste profielen 2 Bij C2 = 0,78 en bijbehorend kipmoment Mke = 347 kNm geldt:

Waarin:



Hieruit volgt:

ϕLT = 0,5 * [1 + 0,34 * (0,573 – 0,4) + 0,75 * 0,5732] = 0,652

⇒ χLT = 0,93

Er is een enkele steun, dus f = 1,0, zodat het weerstand biedende moment tegen kip bedraagt: Mu;d = Wy,pl * ƒ y;d * χLT = 0,93 * 114 = 106 kNm

Conclusie factoren C1 en C2 en lkip en lg en globale kipberekening Voor de factoren C1 en C2 geldt tabel 9. Voor een uitkragende ligger met een gelijkmatig

verdeelde belasting geldt geval 6, zodat C1 = 1,68 en C2 = 0,78. Aangezien de factoren C

afhankelijk zijn van de plaats van het aangrijpen van de belasting (ten opzichte van de neutrale lijn van het staalprofiel), is tabel 9 van toepassing.

Voor de ongesteunde lengte moet voor uitkragende liggers twee maal de lengte worden aangehouden. Daarmee zijn de ongesteunde lengtes voor knik en kip gelijk.

De kiplengte is sterk afhankelijk van de vervorming van de stijl. Deze vervorming is weer

afhankelijk van de buigstijfheid van de stijl en de rotatiecapaciteit van de verbinding die bij een

inklemming als oneindig stijf wordt verondersteld. Het punt waarbij daadwerkelijk vervorming optreedt, dus waar de hoekverdraaiing niet meer gelijk is aan 0 tot aan de bovenzijde van de stijl, is de kiplengte. De vuistregel dat een I-profiel ongeveer een kiplengte zal hebben van

circa 0,82-0,85*L is een veilige aanname. Voor buigslappe profielen is het aan te raden om de volledige lengte te hanteren. Dit aangezien deze stijlen eveneens vaak een beperkte hoogte hebben en door de beperkte lengte vanzelfsprekend zullen voldoen aan de kipeisen.

23


Op dit moment wordt de kiplengte bepaald met de formule die eigenlijk toepasbaar is tussen

2 kipsteunen, of 1 kipsteun en 1 gaffel. Dit is in principe niet correct. Door het invullen van deze formule volgt er echter een kiplengte die hoger is dan de lengte van de stijl zelf, wat dus een conservatieve aanname is in de toetsing op kip. Conclusie berekening In onderstaande tabel zijn de weerstand biedende momenten: HEA 160 profiel, schermhoogte 3 meter

C2 = -0,78 C2 = 0,78

Mu;d i.c.m. kromme algemeen

Mu;d i.c.m. kromme gewalste profielen

55 kNm

57,6 kNm

50 kNm

51,6 kNm

Winst bij C2 = -0,78 bedraagt 3,2%, bij C2 = 0,78 bedraagt deze 4,7%, kipkromme algemeen

versus gewalste profielen.

IPE 270 profiel, schermhoogte 3 meter C2 = -0,78 C2 = 0,78

Mu;d i.c.m. kromme algemeen

Mu;d i.c.m. kromme gewalste profielen

102 kNm

106 kNm

65 kNm

70 kNm

Winst bij C2 = -0,78 bedraagt 7,6%, bij C2 = 0,78 bedraagt deze 3,9%, kipkromme algemeen

versus gewalste profielen.

24


8. Botsbelasting op schermen met geïntegreerde voertuigkerende functie Voor situaties waarbij geluidsschermen, al dan niet van tijdelijke aard, worden gecombineerd

met barriers geven de normen niet duidelijk aan met welke belastingen moet worden gerekend. In dit hoofdstuk scheppen we duidelijkheid en doen we aanbevelingen. Krachtwerking in voertuigkering Geïntegreerde geluidsschermen met een voertuigkerende functie en een sterke verbinding met een fundatieconstructie c.q. een vaste ondergrond, worden als een starre en stijve constructie gezien die gelijkwaardig is aan voertuigkeringen op kunstwerken. Deze constructies geven de

botskrachten vrijwel direct af aan de ondergrond. Door de geringe vervormingscapaciteit treden hoge interne krachten op in de voertuigkering en de fundatie. Om bezwijken van een dergelijke constructie te voorkomen, moet daarom met een hoge botsbelasting worden gerekend.

In een flexibele, losstaande voertuigkering (barrier) of een voertuigkering met een zwakke

verbinding met de ondergrond treedt een andere krachtwerking op. Hier wordt een deel van de botsimpact geabsorbeerd door de (grote) verplaatsing van de massa van de voertuigkering. Om die reden kan met een lagere botsbelasting (klasse H2) worden gerekend. Regelgeving In de GCW 2012 art. 4.1.3, Bijzondere belastingen: Botsbelastingen, wordt voor de minimale te rekenen botsbelasting bij een geluidbeperkende constructie met een geïntegreerde

voertuigkerende geleidefunctie verwezen naar Eurocode NEN-EN 1991-2 (rode tekstdeel = minimum vereiste).

Het type (starre en stijve) voertuigkering valt onder bouwconstructies zijnde gebouwen en moet

minimaal voldoen aan de Eurocode (Bouwbesluit).

Flexibele voertuigkeringen (geen vaste verbinding met de ondergrond respectievelijk

verplaatsbaar bij impact, zoals barriers), op bijvoorbeeld asfalt met of zonder geluidsscherm op de bovenkant, vallen onder wegmeubilair. Wegmeubilair is in Nederland niet

vergunningsplichtig. Hiervoor hoeft aan de toetsende overheden dan ook niet te worden

aangetoond dat is voldaan aan de Eurocode. Dit type voertuigkering moet volgens de Europese regelgeving CEN/TC226 met een voorgeschreven botsproef zijn getest op de botsimpact en vervolgens zijn goedgekeurd (gecertificeerd). Tevens moet worden voldaan aan annex D

(Safety in collision) van NEN-EN 1794-1 en de GCW 2012 artikel 3.1.7 (prestatieklasse H2). Botsbelasting Vanuit de GCW 2012 art. 4.1.3 wordt voor Bijzondere belastingen: Botsbelastingen, het volgende voorgeschreven voor geïntegreerde geluidbeperkende constructies:

Geïntegreerde geluidbeperkende constructies met een combinatie van barriers en schermen moeten berekend zijn op een botsbelasting zoals beschreven in NEN-EN 1991-2. De NEN-EN 1991-2 betreft de verkeersbelasting op bruggen. 25


In de NEN-EN 1991-2 NB art. 4.7.3.3 tabel NB.4.9 (n) worden de horizontale botsbelastingen

in tabelvorm weergegeven (klasse A (100 KN) t/m klasse D (600KN)). In de toelichting onder de tabel staat bijvoorbeeld dat bij een starre stijve voertuigkerende constructie kan worden

uitgegaan van klasse D. Voor een zeer flexibele voertuigkering kan bijvoorbeeld klasse A worden gehanteerd (vergelijkbaar met de voormalige prestatieklasse H2 voor geleiderail). Welke klasse moet worden aangehouden, hangt dus mede af van de stijfheid van de constructie alsook de rijsnelheid/wegklasse van de naastliggende weg.

Verder wordt in de GCW 2012 artikel 4.1.3 gesproken over gecombineerde functies (‘verkeergeleidend’ en ‘geluidbeperkend’) samen met ‘Er moet zo geconstrueerd worden dat het rijdek en/of de fundering niet hersteld hoeft te worden in geval van een aanrijding’. Dit resulteert

in minimale verplaatsingen van de gecombineerde constructie. De fundering moet worden ontworpen op stijfheid/maximale verplaatsing bovenzijde. Dit impliceert klasse D uit de Eurocode.

Onder artikel 4.7.3.3 Aanrijdingskrachten op Voertuigkeringen wordt het volgende gesteld:

(1) Bij het constructief ontwerp behoren de horizontale en verticale krachten die door voertuig keringen op het brugdek worden overgedragen in rekening te zijn gebracht. Voor de horizontale kracht die wordt overgedragen door de voertuigkering geldt een indeling in de klassen A tot en met D. Voor de grootte van die horizontale kracht moet de waarde zijn genomen als aangegeven in tabel NB.9 – 4.9(n). De horizontale kracht, werkend in de dwarsrichting, moet zijn verdeeld over een lengte van 0,5 m en moet aangrijpen op een hoogte van 100 mm onder de bovenzijde van de uitgevoerde voertuigkering of 1,0 m boven de rijweg of het voetpad, waarbij de laagste van beide mogelijkheden is aangehouden. Klasse

Horizontale kracht (kN)

A

100

C

400

B

D

200 600

Tabel NB.9 – 4.9(n) – Klassen voor de horizontale kracht die wordt overgedragen door de voertuigkering

De waarden voor de horizontale krachten, gegeven voor de klassen A tot en met D, zijn afgeleid uit metingen tijdens aanrijdingsproeven, uitgevoerd op werkelijke voertuigkeringen voor bruggen. Er is geen direct verband tussen deze waarden en de prestatieklassen van voertuigkeringen. De voorgestelde waarden zijn in sterke mate afhankelijk van de stijfheid van de verbinding van de voertuigkering met de stootrand of het brugonderdeel waaraan de kering is bevestigd. Een zeer sterke verbinding resulteert in de horizontale krachten gegeven voor klasse D. De kleinste horizontale belasting wordt afgeleid uit metingen van een voertuigkering met een zwakke bevestiging. Deze systemen worden vaak gebruikt voor de stalen voertuigkeringen, die voldoen aan prestatieklasse H2 volgens EN 1317-2. Een zeer zwakke verbinding kan resulteren in de horizontale krachten gegeven voor klasse A.

26


Resumerend voor het gestelde onder dit artikel:

• Het betreffen krachten voor voertuigkeringen op een brugdek (dus niet een aardebaan).

• De waarden uit tabel NB.9 zijn afgeleid uit metingen tijdens aanrijdproeven, uitgevoerd op werkelijke voertuigkeringen op bruggen.

• De klasse, en daarmee de kracht, hangt sterk af van de mate van stijfheid van de verbinding

van de voertuigkering en de stootrand op het brugonderdeel waaraan de kering is bevestigd.

• Een stijve verbinding geeft een grote kracht (klasse D) met een geringe verplaatsing.

• Hieruit zou je kunnen concluderen dat de stijfheid voor een voertuigkering op de aardebaan gering is en daarmee een lage kracht (met een grote verplaatsing) van toepassing is.

In de GCW 2012 staat onder artikel 4.1.3 verder nog vermeld:

Bij de uitwerking van de botsbelasting op geïntegreerde geluidsschermen is het volgende van belang: Op kunstwerken is de voertuigkering vormvast verbonden met de ondergrond. De botsbelasting is beschreven in NEN-EN 1991-2.

Conclusie Omdat wordt gesproken over vormvast zou in tabel NB.9 in de NEN-EN 1991-2 klasse D

aangehouden kunnen worden. Eenduidig is dit echter allerminst en dit roept daarom nogal wat vragen op. Zeker omdat in hetzelfde artikel van de GCW 2012 voor starre (niet verplaatsbare)

barriers een belasting van 300 kN/m over een lengte van 3,0 m wordt genoemd, aangrijpend op een hoogte van 0,06 m boven het wegdek.

De botsbelasting als gevolg van een aanrijding door een voertuig met een starre (niet verplaatsbare) barrier mag als een zijdelingse kracht worden verondersteld, gelijk aan 300 kN/m over een lengte van 3 m, die aangrijpt op een hoogte van 0,06 m boven het wegdek. Deze kracht wordt overgedragen aan de ondersteunende constructie-elementen. Men mag aannemen dat de belasting zich spreidt onder een hoek van 45 graden. Gelijktijdig met de aanrijdkracht moet, indien ongunstig werkend, een verticale verkeersbelasting ter grootte van 0,75 αQ1 Q1k in rekening worden gebracht.

Daarbij wordt het volgende gesteld:

Een dergelijke gecombineerde constructie is alleen toegestaan als de functies ‘verkeer geleiden’ en ’geluid beperken’ vanwege ruimtegebrek fysiek niet te scheiden zijn. In de GCW 2012 staat verder geschreven:

Voertuigkeringen op een wegverharding vallen onder het wegmeubilair en zijn in de Europese regelgeving ingedeeld bij de CEN/TC226 ‘Road equipment’. Voertuigkeringen worden behandeld door de commissie CEN/TC226/WG1 ‘Road restraint systems’ en in Nederland door de norm commissie 353 052 ‘Geleiderail’, die hiervan de Nederlandse spiegelcommissie is. In NEN-EN 1317-2 ‘Prestatieklassen voor botsproeven voor geleiderail’ zijn de uitvoeringsvarianten en eisen beschreven. Met een botsproef wordt aangetoond of aan de eisen wordt voldaan. Tijdens de proef verschuift de barrier over de wegverharding, zoals beschreven is in NEN–EN 1317-2:1998 artikel 5.1.

27


Aangetoond moet worden dat bij geïntegreerde geluidsschermen op een wegverharding aan de hand van NEN-EN 1317 de samenhang is gewaarborgd en de opgetreden horizontale verplaatsing van de barrier en de gemeten versnelling in het voertuig voldoen aan de eisen van het betreffende prestatieklasse. NEN-EN 1317 betreft Afschermende Constructies voor Wegen:

• Deel 1 Terminologie en algemene criteria voor beproevingsmethoden.

• Deel 2 Prestatieklassen, botsproefbeoordelingscriteria en beproevingsmethoden voor vangrails.

In NEN-EN 1317 worden regels gegeven voor botsproeven. In de norm worden geen krachten of verplaatsingen genoemd.

Uit het bovenstaande volgt dat de samenhang moet worden aangetoond bij toepassing van

een geïntegreerd geluidsscherm op een wegverharding. Of dit aangetoond moet worden door middel van een botsproef is niet duidelijk. Conclusie Het is onduidelijk welke belasting moet worden aangehouden en of een botsbelasting

moet worden uitgevoerd. Wij adviseren daarom de opdrachtgever in de vraagspecificatie

te laten aangeven met welke botsbelastingklasse voor geïntegreerde geluidsschermen met voertuigkerende functie moet worden gerekend.

Door het ontbreken van aanvullende informatie in de GCW 2012 respectievelijk Eurocode voor te hanteren botsbelastingen bij andere wegklassen en stijfheden van de voertuigkering, kiezen de opdrachtgever en de opdrachtnemer al snel voor de zwaarste botsbelasting (klasse D). Hierdoor worden zwaardere constructies toegepast dan wellicht noodzakelijk is.

Voor verdere informatie over geïntegreerde geluidsschermen met voertuigkerende functie verwijzen wij naar:

• GCW 2012 art. 4.1.3, Bijzondere belastingen: Botsbelastingen. Hierin wordt tevens

aangegeven dat het incidenteel repareren respectievelijk vervangen van een barrier acceptabel is.

• GCW 2012 art. 4.1.3, Bijzondere belastingen: Botsbelastingen. Hierin wordt tevens

aangegeven dat een gecombineerde schermconstructie (dus ook met voertuigkerende functie) alleen is toegestaan indien beide functies door ruimtegebrek fysiek niet zijn te scheiden.

28


9.

Combinatie float en (half) gehard glas

Vóór 2012 is een combinatie van float en gehard glas vaak toegepast. Vanuit de GCW 2012 is

deze combinatie niet meer toegestaan. Waarom dit is aangepast, is niet duidelijk. Deze vraag

is neergelegd bij de TU Delft. De berekening van het glas gebeurt in de regel overigens door de glasleverancier.

Vanuit de GCW 2012 – Richtlijnen Geluidbeperkende Constructies langs Wegen – wordt voor het materiaal glas de volgende beperking gesteld:

Het toepassen van de combinatie van (half)gehard glas met normaal floatglas in geluidsschermen wordt uitgesloten vanwege het grote risico van glasbreuk op lange termijn. In juni 2012 is er een onderzoek uitgevoerd waarbij de sterkte-eigenschappen zijn getest

middels een dubbelringproef met vers glas en voorbeschadigd glas. Bij het voorbeschadigde

glas was de mate van beschadiging groter dan die onder normale omstandigheden zou optreden gedurende de levensduur van 50 jaar. Uit de proef is gebleken dat de sterkte-eigenschappen van voorbeschadigd glas en vers glas niet ver uit elkaar liggen.

Naar aanleiding van de resultaten van de proef is het wellicht een te conservatieve conclusie

dat een combinatie van gehard en float glas niet meer mag worden toegepast. In het verleden is

bovenstaande glasopbouw bij geluidsschermen immers veel toegepast en nu wordt in de nieuwe GCW 2012 voor het eerst aangegeven dat dit niet meer is toegestaan.

Ten aanzien van de sterkte en vervorming, uitgaande van een ontwerplevensduur van 50 jaar, geeft de TU Delft het volgende aan:

Recentelijk heeft de TU Delft onderzoek gedaan naar gehard en ongehard glas met gaten voor rotules. In dit onderzoek zijn onbeschadigde en beschadigde panelen getest. De beschadigingen zijn aangebracht door met een diamanten punt gecontroleerd in het glas te prikken, waarbij we uitgegaan zijn van de grootste beschadiging die in gehard glas mogelijk is zonder het paneel te laten barsten (dus voor “spontane breuk” optreedt). De conclusie was dat er in gehard glas een 45% sterkteverlies was en in ongehard glas een sterkteverlies tot 60% of meer. Dit impliceert dat er wel degelijk sprake kan zijn van significant sterkteverlies door

beschadiging. In gehard glas is de kans dat een beschadiging, die niet direct tot “spontane

breuk” leidt, na spanningscorrosie tot breuk leidt effectief nul. Bij ongehard glas is dit zeker niet zo. De schade bij beschadigd ongehard glas, dat onderworpen is aan (permanente)

trekspanning, kan in enkele maanden dusdanig doorgroeien dat macroscheuren ontstaan.

Verder risico is dat, als in een laminaat met gehard en ongehard glas, het ongeharde glas scheurt en het geharde glas door steenslag bezwijkt, het laminaat als geheel onvoldoende samenhang heeft om in zijn oplegging te blijven hangen, wat gevaren voor verkeer impliceert.

29


De TU Delft geeft aan voor een levensduur van 50 jaar de voorkeur te geven aan een laminaat van twee lagen thermisch versterkt glas, omdat:

• dit gegarandeerd vrij is van spanningscorrosie door water; • de risico’s van spontane breuk bij steenslag veel lager zijn; • de sterkte in de tijd gegarandeerd kan worden;

• de sterktedaling door beschadiging minder extreem is dan bij ongehard glas (hoewel hier weinig data over zijn);

• er voldoende samenhang is om het glas in de sponning te houden als breuk optreedt in twee lagen van het laminaat.

Dit sluit overigens aan bij de moderne inzichten wat betreft glas in de bouw, de meest recente Duitse normen en de laatste versie van NEN 2608.

Ten slotte geeft de TU Delft aan dat deze oplossing duurder is, maar gezien de bovengenoemde voordelen vinden wij dit de beste oplossing. Conclusie Gezien de stellingen van de TU Delft en het beschrevene in de GCW 2012 gaat de werkgroep mee in deze bevinding.

30


10. Coulissen Vaak worden in de langere schermtracés coulissen toegepast, bijvoorbeeld voor inbouw van een

verkeersportaal en dergelijke. Een coulisse is een uitbouw van het scherm aan de bewonerszijde over een bepaalde lengte. Het is nog een punt van discussie hoe moet worden omgegaan met coulissen in schermen in relatie tot de te rekenen windbelasting op dit schermgedeelte. Conclusie Open-coulisseoplossingen (met een open tussenruimte) dienen vooralsnog berekend te worden als eindvakken van schermdelen. Hiervan mag worden afgeweken indien aantoonbaar is, onder meer met windtunnelonderzoek, dat de voorgeschreven randzones (zoals van toepassing bij eindvakken) niet of in mindere mate optreden.

Gesloten-coulisseoplossingen (met dichte tussenruimte) mogen worden berekend als zijnde een doorgaand veld in de betreffende windvakzone.

31


11. Kabelsleuven In het schermontwerp dient rekening te worden gehouden met tijdelijke ontgravingen,

diep 80 cm, ten behoeve van kabels en leidingen conform de GCW 2012 paragraaf 4.1.9.

In NEN-EN 1990 en 1997 is niet duidelijk aangegeven welke gevolgklasse respectievelijk

belastingfactor(en) toegepast moet(en) worden in een tijdelijk ontgraven situatie. Hierna is aangegeven wat in deze belastingsituatie gerekend mag worden. Conclusie Conform NEN-EN 1990 tabel NB.1-2.1, Ontwerplevensduur, mag voor een tijdelijke situatie de gevolgklasse worden verlaagd naar klasse 1 (ontwerplevensduur 5 jaar). Indien echter

mensenlevens in gevaar (kunnen) zijn, dient de gehanteerde gevolgklasse volgens paragraaf 4.1.2 (opmerking 7a) minimaal klasse 2 te zijn (ontwerplevensduur 15 jaar).

32


12. Slotwoord De werkgroep heeft met deze eindrapportage getracht een antwoord te geven op diverse unieke praktijkspecificaties. Daarmee is echter niet elke vraag beantwoord.

Laat deze rapportage u daar waar mogelijk verder helpen. En laten we binnen de afdeling Geluid van de Vakgroep Specialistische Wegenbouw van Bouwend Nederland onze ervaringen blijven uitwisselen en knelpunten bespreken. De werkgroep Best Practice, oktober 2015

33


Bijlage

34

Rapport HET TESTEN VAN PMMA PLAATMATERIAAL

© Copyright : Element Materials Technology Amsterdam B.V. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen, of enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van Element Materials Technology Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de 'Algemene leveringsvoorwaarden van Element Materials Technology Amsterdam B.V.’ onder nummer 33194077 gedeponeerd bij de Kamer van Koophandel te Amsterdam, tenzij uitdrukkelijk anders met ons is overeengekomen.

Opdrachtgever

: Bouwend Nederland Postbus 340 2700 AH Zoetermeer

Referentie opdrachtgever

: ondertekende offerte bouwend Nederland.

Project Element

: EAM006086P

Rapport

: EAM006086 Rev. 1

Auteur

: P.Schurink

Datum Rapport

: 29 januari 2013

Aantal Bladen

: 26

Clasificatie

:-

Distributie

: Bouwend Nederland t.a.v dhr. M. Vos

1x

archief Element Amsterdam

1x

`

1

INLEIDING ................................................................................................................3

2

WERKWIJZE.............................................................................................................3

2.1

BEPALEN VAN DE MECHANISCHE EIGENSCHAPPEN VAN HET PMMA MATERIAAL........................................... 3

2.2

BEPALEN VAN DE VEERCONSTANTE VAN HET RUBBER. .............................................................................. 3

2.3

METEN VAN DE DOORBUIGING T.G.V. EEN GESIMULEERDE WINDBELASTING.................................................. 4

3

RESULTATEN...........................................................................................................8

3.1

EIGENSCHAPPEN PMMA MATERIAAL. ..................................................................................................... 8

3.2

EIGENSCHAPPEN RUBBER...................................................................................................................... 9

3.3

BUIGTEST. .......................................................................................................................................... 10

4

DISCUSSIE...............................................................................................................11

5

CONCLUSIE............................................................................................................11

Rapportnummer : EAM006086 Rev.1

pagina 2 van 27

`

1

INLEIDING

Bouwend Nederland heeft Element Materials technology B.V. opdracht gegeven voor het uitvoeren van belasting testen op PMMA plaatmateriaal. Het doel van de testen is de doorbuiging van de PMMA geluidschermen ten gevolge van een gesimuleerde wind belasting te meten bij verschillende configuraties. De testen zijn uitgevoerd op 6 december 2012 in het test laboratorium van Element Materials Technology B.V. te Amsterdam.

2

WERKWIJZE

De volgende testen zullen door Element Materials Technology B.V. worden uitgevoerd in het laboratorium in Amsterdam.     

Bepalen van de mechanische eigenschappen van het PMMA materiaal. Bepalen van de veerconstante van het inklemrubber. Meten van de doorbuiging bij drie type inklemmingen te weten: klemlijst, hoeklijn en vrije oplegging. Meten van de doorbuiging bij drie verschillende opleglengtes te weten :30mm, 50mm en 70 mm. Meten van de doorbuiging bij de toepassing van twee rubber diktes te weten: 3 mm en 5 mm dik.

In totaal zullen op de aangeleverde PMMA plaat (van 2 m x 1 m met een dikte van 17 mm) 18 testen worden uitgevoerd. 2.1

Bepalen van de mechanische eigenschappen van het PMMA materiaal. Deze test wordt uitgevoerd om de eigenschappen van het te testen PMMA materiaal te bepalen. Er worden drie trekstaven uit het plaatmateriaal aangemaakt. Deze trekstaven zullen worden onderworpen aan een trekproef op een gekalibreerde trekbank om zo de treksterkte en rek te bepalen

2.2

Bepalen van de veerconstante van het rubber. Voor het bepalen van de veerconstante van rubber is er een blokje gevulkaniseerd rubber aangeleverd. Met behulp van een gekalibreerde testbank wordt er een kracht-weg diagram van het rubberen blokje gemaakt tijdens het indrukken.


pagina 3 van 27

`

2.3

Meten van de doorbuiging t.g.v. een gesimuleerde windbelasting. Het PMMA scherm zal op drie manieren vastgezet respectievelijk opgelegd worden. In figuur 1 zijn de drie verschillende inklemmethodes weergegeven. De opleglengte weergegeven in figuur 2 geeft aan hoe ver het PMMA scherm ingeklemd wordt in het profiel.

Figuur 1 Inklemmingen.

Figuur 2 Opleglengte


pagina 4 van 27

`

Het PMMA scherm wordt ingeklemd met rubber stroken van 3 mm en van 5 mm dik met een breedte van 70 mm (zie figuur 3).

Figuur 3 Toegepast rubber profiel.

Tevens is het rubberprofiel dat is afgebeeld in figuur 4 toegepast. Dit speciaal rubber profiel is éénmalig getest 40 mm opleglengte.

Figuur 4 speciaal rubber profiel

De windbelasting zal gesimuleerd worden door een pneumatische cilinder op het scherm te laten drukken. Deze drukbelasting wordt met behulp van een raamwerk min of meer gelijkmatig over het scherm verdeeld. De kracht die op het scherm wordt uitgeoefend zal gemeten worden met een gekalibreerde krachtopnemer. De maximale kracht waarmee het scherm op doorbuiging wordt belast zal circa 1,1 kN/m2 bedragen. In figuur 5 is een foto van de gebruikte testopstelling weergegeven. De Rapportnummer : EAM006086 Rev.1

pagina 5 van 27

`

pneumatische cilinder die de doorbuiging tot stand brengt is boven het PMMA scherm geplaatst. Het PMMA scherm zal 60 mm breder zijn dan de opleg profielen. Hierdoor steekt het scherm aan beide zijden ca. 30 mm uit. Er zullen twee verplaatsingsopnemers met een meetbereik van 1 mm en een meetnauwkeurigheid van ca. 0,005 mm op twee van de vrije hoeken van het scherm geplaatst worden. Met deze twee opnemers kan de invloed van de verschillende inklem methodes op de lineaire hoekverdraaiing gemeten worden. In het midden van de PMMA plaat wordt de maximale doorbuiging gemeten. Verder is er een rekstrook aangebracht op 82 mm van de korte zijde van de PMMA plaat. Met deze rekstrook kan lokaal de optredende rek gemeten worden. De complete testopstelling zal op een plaat gemonteerd worden die voorzien is van T sleuven. Met kikkerplaten wordt het geheel vastgezet. Met dit systeem is het mogelijk om de eerder vermelde opleglengtes eenvoudig aan te passen. De M12 bouten die gebruikt zijn voor het vastzetten van klemlijst en de hoeklijn zijn vastgedraaid met een moment van 50 Nm

Gebruikte apparatuur:       

Picas meetversterker IMC datalogger Krachtopnemer Wegopnemer links Wegopnemer rechts Wegopnemer midden Rekstrook type CEA-06-125UW-350


ID. nr:114-422-16 ID. nr:114-458-05 ID. nr:114-433-35 ID. nr:114-408-16 ID. nr:114-408-1043 ID. nr:114-408-26

pagina 6 van 27

`

Pneumatische cilinder

Kracht opnemer Wegopnemer midden

Wegopnem ers hoekpunten Belasting frame Rekstrook

Oplegging

Figuur 5 Test opstelling.

Tijdens het testen zullen de opgelegde kracht, de verplaatsingen en de rek continu en simultaan gemeten en opgeslagen worden met behulp van een data acquisitie systeem. Met behulp van deze data kunnen er grafieken van de kracht, de weg en de rek tegen de tijd gemaakt worden.


pagina 7 van 27

`

3

RESULTATEN

In dit hoofdstuk zullen de resultaten van het onderzoek weergegeven worden. Voor elke geteste configuratie zal er een grafiek te zien zijn waarin de kracht, rek en verplaatsingen afgelezen kunnen worden. Deze grafieken zijn te vinden in bijlage 1. De gemeten waardes bij de maximale doorbuiging in het midden zullen ook in tabelvorm worden weergegeven. 3.1

Eigenschappen PMMA materiaal.

(=N/mm^2)

In figuur 6 is de trekkromme van het geteste PMMA materiaal te zien. Er zijn drie trektesten uitgevoerd.

Figuur 6 Trekkromme PMMA materiaal.

Nr.

Breedte (mm)

Dikte (mm)

1 2 3

19.03 18.95 18.93

14.64* 14.16* 14.3*

Oppervlak (mm2) Lo (meetlengte) (mm) 278.6 50 268.3 50 270.7 50

Treksterkte 2 (n/mm ) 84 81 78

Rek na Breuk (%) 2.2 1.6 1.4

Tabel 1 Resultaten trektest.

* De materiaaldikte van de geteste strippen wijkt af van de dikte van het geteste scherm.


pagina 8 van 27

`

3.2

Eigenschappen Rubber. In figuur 7 is de grafiek te zien die de kracht versus de tijd weergeeft gedurende het indrukken van een blokje van het toegepaste rubber.

2000

Kracht-weg diagram rubber

1800 1600

Kracht (N)

1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

w eg (mm)

Figuur 7 Kracht-weg diagram rubber.

Uit de grafiek in figuur 7 blijkt dat de veerconstante van het toegepaste rubber 212 N/mm bedraagt. De hardheid van het rubber is 65 Shore A.


pagina 9 van 27

`

3.3

Buigtest. In tabel 2 zijn de gemeten waardes van de wegopnemers, loadcell en rekstrook te zien. Deze waardes zijn uit de grafieken in bijlage 1 afgelezen vlak voordat de belasting op het PMMA scherm weggenomen wordt. Een aantal testen met de vrije oplegging zijn niet uitgevoerd. In de tabel is dit aangegeven met n.u. (niet uitgevoerd). Verder is er een aantal testen uitgevoerd waarbij één of meerdere weg opnemers buiten zijn bereik kwam. Dit is in de tabel aangegeven met het > teken gevolgt door de maximale bereik van de opnemer.

Fase 1 Vrije oplegging 5 mm rubberdikte Fase 2 Klemlijst 5 mm rubberdikte Fase 3 Hoeklijn 5 mm rubberdikte Fase 4 Vrije oplegging 3 mm rubberdikte Fase 5 Klemlijst 3 mm rubberdikte Fase 6 Hoeklijn 3 mm rubberdikte Rubber profiel

Opleglengte (mm) 30 50 70 30 50 70 30 50 70 30 50 70 30 50 70 30 50 70 40

Weg links (mm) n.u. n.u. >1 -0.302 -0.105 0.873 -0.144 0.269 0.263 >1 n.u. n.u. -0.461 -0.147 0.054 -0.116 -0.012 0.024 >1

Weg rechts (mm) n.u. n.u. >1 -0.311 -0.15 0.017 0.043 0.069 0.261 >1 n.u. n.u. -0.239 -0.162 0.0 -0.065 0.202 0.137 >1

Weg midden (mm) n.u. n.u. >100 34.3 30.1 27.4 40.5 29.8 27.0 >100 n.u. n.u. 36.4 29.7 25.9 36.9 31.1 27.9 36.3

Kracht (kN) n.u. n.u. 3.9 1.85 1.79 1.87 1.91 1.84 1.80 2.11 n.u. n.u. 1.93 1.87 1.86 1.90 1.96 1.84 1.89

(=4.30) (=2.25) (=2.19) (=2.27) (=2.31) (=2.24) (=2.20) (=2.51)

(=2.33) (=2.27) (=2.26) (=2.30) (=2.36) (=2.24) (=2.29)

Rek (µm/m) n.u. n.u. -315 882 1326 1515 228 1044 1215 -438 n.u. n.u. 1109 1548 1409 669 1059 1037 489

Tabel 2 Resultaten.

De PMMA plaat buigt ten gevolgen van zijn eigen gewicht door. De massa van de PMMA plaat is 0.4046 kN (=2x1x0.017x11.9). Deze kracht dient bij de kracht die de loadcell heeft gemeten opgeteld te worden en is tussen haakjes vermeld achter de gemeten kracht. Voor de wegopnemers die op de hoekpunten zijn geplaatst geldt dat bij een positieve waarde het hoekpunt naar boven beweegt. Bij een negatieve waarde beweegt het hoekpunt naar beneden.


pagina 10 van 27

`

4

DISCUSSIE

Bij het uitvoeren van de testen met de inklemmingen blijkt dat bij het opvoeren van de belasting de PMMA plaat uit het rubber schuift. Het zal niet voorkomen dat het PMMA scherm gelijkmatig uit beide inklemmingen schuift. Hoe korter de opleglengte is, hoe makelijker de plaat zal schuiven.

5

CONCLUSIE Uit de meetresultaten blijkt dat de dikte van de rubber strip die aangebracht wordt tussen het PMMA scherm de metalen strip of hoeklijn weinig invloed heeft op de gemeten doorbuiging. De opleglengte heeft meer invloed op de gemeten doorbuiging. De klemlijst met 3 mm rubber met een opleglengte van 70 mm geeft de minste doorbuiging van 25.9 mm bij een belasting van 2.26 kN. De meeste doorbuiging van 40.5 mm wordt gemeten bij het toepassen van de hoeklijn met 5 mm dik rubber met een opleglengte van 30 mm bij een belasting van 2.31 kN. Het speciale rubberprofiel geeft een doorbuiging van 36.3 mm bij een belasting van 2.29 kN met een opleglengte van circa 40 mm. Bij het toepassen van dit profiel treedt een grote hoekverdraaiing op. De treksterkte van het PMMA materiaal is ca 80 2 N/mm . De veerconstante van het toegepaste rubber is 212 N/mm.

Element Materials Technology Amsterdam

Autorisatie:

G. Barents Manager

Auteur: P.Schurink

De onderzoeksobjecten zullen 6 maanden bewaard blijven, ingaande op de rapportdatum zoals vermeld op het titelblad. Indien wij voor het verstrijken van deze periode van de opdrachtgever geen anders luidende instructies hebben ontvangen, nemen wij aan dat deze er geen bezwaar tegen heeft dat de betreffende objecten daarna op een door Element te bepalen moment zullen worden vernietigd.


pagina 11 van 27

`

Appendix 1 EAM006086Rev.0 Grafieken uitgevoerde testen.


pagina 12 van 27

`

wegmidden --------- = wegmidden mm 100 90 80

Weg midden

70 60 50 40 30 20 10 0

50

100

150

tijd

s

rekgoed ---------kracht = kracht ---------= rek kN 4.0

µm/m -400

3.5

kracht

2.5

-500

2.0

-550

1.5

-600

1.0 0.5

rek

-450

3.0

-650

0.0

-700

-0.5 0

50

100

150

tijd

s

Fase 1 Opleglengte 70 mm


pagina 13 van 27

`

wegmidden wegrechts ---------wegmidden = wegmidden ---------= wegrechtsweglinks ----------- = weglinks 10^-3 mm

mm 50 45

0 -50

35 30

-100

25

-150

20

-200

15 10

-250

5

-300

Weg links/rechts

Weg midden

40

0 0

10

20

30

40

50

60

70

tijd

s

kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek 10^3 µm/m 1.0

kN 2.0

0.9 0.8

1.5

0.7

kracht

0.5 0.4

0.5

rek

0.6

1.0

0.3 0.2

0.0

0.1 0.0

-0.5

-0.1 0

10

20

30

40

50

60

70

tijd

s

Fase 2 opleglengte 30 mm


pagina 14 van 27

`

wegmidden rechtsgoed --------- = wegmidden ---------= wegrechts linksgoed ----------- = weglinks 10^-3 mm 40

mm 35

20 0

25

-20

20

-40 -60

15

-80

10

-100

5

-140

-120

Weg links/rechts

Weg midden

30

-160

0 0

10

20

30

40

tijd

s

rekgoed ---------kracht = kracht ---------= rek 10^3 µm/m

1.5

1.2

1.4

1.0

1.0

rek

kracht

kN 2.0

0.8 0.5

0.6

0.0

0.4 0.2

-0.5 0

10

20

30

40

tijd

s



pagina 15 van 27

`

rechtsgoed ---------wegmidden = wegmidden ---------= wegrechtslinksgoed ----------- = weglinks 10^-3 mm

mm 30

80 70 60

20

50

15

40 30

10

20

5

Weg links/rechts

Weg midden

25

10 0

0 0

10

20

30

40

50

tijd

s

rekgoed ---------kracht = kracht ---------= rek 10^3 µm/m

kN 2.0

1.6 1.5

1.4 1.2 1.0

0.5

0.8

rek

kracht

1.0

0.6

0.0

0.4 -0.5 0

10

20

30

40

50

tijd

s

Fase 2 Opleglengte 70 mm


pagina 16 van 27

`

wegmidden rechtsgoed linksgoed --------= wegmidden ---------= wegrechts ----------- = weglinks mm 80

10^-3 mm 400

70

Weg midden

200

50 40

100

30

0

20

-100

Weg links/rechts

300

60

10 -200

0 0

10

20

30

40

50

tijd

s

rekgoed ---------kracht = kracht ---------= rek µm/m

kN 2.0

-50 -100

1.0

-150

0.5

-200

0.0

-250

rek

kracht

1.5

-300

-0.5 0

10



20

30

40

50

tijd

s

pagina 17 van 27

`

wegmidden rechtsgoed --------= wegmidden ---------= wegrechtslinksgoed ----------- = weglinks mm 55

10^-3 mm

45

200

Weg midden

40 35

150

30 25

100

20 15

50

Weg links/rechts

250

50

10 0

5 0 0

10

20

30

40

50

tijd

s

kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek µm/m

kN 2.0

800 700 600 500

1.0

400 300

0.5

rek

kracht

1.5

200 100

0.0

0 -100

-0.5 0

10

20

30

40

50

tijd

s



pagina 18 van 27

`

wegmidden rechtsgoed linksgoed --------= wegmidden ---------= wegrechts ----------- = weglinks 10^-3 mm

mm 50

250

45 40

Weg midden

30

150

25 20

100

15 50

10 5

Weg links/rechts

200

35

0

0 0

20

40

60

80

100

tijd

s

kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek 10^3 µm/m

kN 2.0

1.0

1.5

0.8 0.6

0.5

0.4

rek

kracht

1.0

0.2

0.0

0.0

-0.5 0

20



40

60

80

100

tijd

s

pagina 19 van 27

`

---------wegmidden = wegmidden ---------- = wegrechts

----------- = weglinks

mm 100 90

Weg midden

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

50

100

tijd

s

kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek kN

µm/m -500

2.0

-550 -600 -650

1.0

-700 -750

0.5

rek

kracht

1.5

-800 0.0

-850 -900

-0.5 0

50

100

tijd

s



pagina 20 van 27

`

wegmidden rechtsgoed --------= wegmidden ---------= wegrechtslinksgoed ----------- = weglinks 10^-3 mm

mm 50

50 0

40

-50

35

-100

30

-150

25

-200

20

-250

15

-300 -350

10

Weg links/rechts

Weg midden

45

-400

5

-450

0 0

10

20

30

40 s

tijd kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek kN 2.0

10^3 µm/m 1.2

1.5

1.0 0.8

0.5

0.6

0.0

0.4

rek

kracht

1.0

0.2

-0.5 0

10

20

30

40

tijd

s



pagina 21 van 27

`

wegmidden rechtsgoed --------= wegmidden ---------= wegrechtslinksgoed ----------- = weglinks 10^-3 mm 40

mm 35

20 0

25

-20

20

-40 -60

15

-80 -100

10

Weg links/rechts

Weg midden

30

-120

5

-140

0 0

10

20

30

40

tijd

s

kracht rekgoed --------= kracht ---------= rek kN 2.0

10^3 µm/m 1.8 1.6

1.5

1.4

kracht

1.0 0.5

rek

1.2

1.0

0.8 0.6

0.0

0.4 -0.5 0

10



20

30

40

tijd

s

pagina 22 van 27

`


mm 30

50 40

20

Weg links/rechts

Weg midden

25

30

15

20

10

10

5

0

0 0

10

20

30

40

tijd

s


10^3 µm/m

1.5

1.4

1.6

kracht

1.0

0.5

0.8

rek

1.2 1.0

0.6

0.0

0.4 -0.5 0

10

20

30

40

tijd

s



pagina 23 van 27

`

wegmidden rechtsgoed --------= wegmidden ---------= wegrechtslinksgoed ----------- = weglinks 10^-3 mm 200

50

150

40

100 50

30

0

20

-50 -100

10

Weg links/rechts

Weg midden

mm 60

-150 0 0

10

20

30

40

50

60

tijd

s


µm/m

1.5

300

400

kracht

100

0.5

rek

200 1.0

0 -100

0.0

-200 -0.5 0

10

20

30

40

50

60

tijd

s



pagina 24 van 27

`

wegmidden rechtsgoed linksgoed --------= wegmidden ---------= wegrechts ----------- = weglinks 10^-3 mm 200

mm 60

150

40

100

30

50

20

0

10

Weg links/rechts

Weg midden

50

-50

0 0

10

20

30

40

50

60

tijd

s


kN 2.0

800

1.5

600

700

1.0

400

0.5

200

300

rek

kracht

500

100 0

0.0

-100 -200

-0.5 0

10



20

30

40

50

60

tijd

s

pagina 25 van 27

`


mm 50

100

45 40

Weg midden

35

60

30

40

25 20

20

15 10

0

5

-20

0 0

10

20

30

40

Weg links/rechts

80

50

tijd

s


kN 2.0

700 600

1.5

500 400 300

rek

kracht

1.0

200

0.5

100 0

0.0

-100 -200

-0.5 0

10

20

30

40

50

tijd

s



pagina 26 van 27

`

---------wegmidden = wegmidden mm 40 35

Weg midden

30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

tijd

s


kN 2.0

0

1.5

-100 -200 0.5

rek

kracht

1.0

-300 0.0

-400

-0.5 0

10

20

30

40

50

60

70

80

tijd

s

Test rubber profiel


pagina 27 van 27

Bouwend Nederland

Vakgroep Specialistische Wegenbouw Zilverstraat 69, 2718 RP Zoetermeer Postbus 340, 2700 AH Zoetermeer Telefoon 079 325 22 52

[email protected] www.bouwendnederland.nl

Geluidsschermen. Best practice -berekeningen

Recommend Documents