Dimensioneren met VENCON
De opbouw van een weg hangt van veel factoren af. Door te kiezen voor een basisconstructie kan veel tijd worden bespaard. In de software VENCON 2.0 is een aantal veel voorkomende wegen opgenomen, de zogenoemde standaard- of basiswegen.
Ontwerpmodel
Een ongewapende betonverharding wordt door langsvoegen en dwarsvoegen in rechthoekige platen verdeeld. Voegconstructies verbinden de platen onderling. Voor de plaatdikte wordt eigenlijk maar één plaat uit de betonverharding berekend. Omdat de zij- en voegranden van de plaat het meest kwetsbaar zijn, richt VENCON 2.0 zich op:
- het midden van de lange zijde van de betonplaat (vrije rand of langsvoeg);
- het rijspoor ter plaatse van de dwarsvoeg met krachtsoverdracht.
Wat bepaalt de betondikte?
De dikte van de betonplaat is afhankelijk van:
- de verkeersbelasting en daarvan vooral het aandeel zwaar verkeer;
- de plaatafmetingen en het type voegconstructies;
- de draagkracht van de onderbouw;
- dagelijkse temperatuurveranderingen en -verschillen over de plaatdikte;
- de sterkte-eigenschappen van het beton.
Draagkracht onderbouw
De draagkracht van de onderbouw is in VENCON 2.0 door een zogenoemd samengesteld beddinggetal k gekarakteriseerd. Dit is de tegendruk van de onderbouw per eenheid van indrukking (het beddinggetal wordt wel vergeleken met een matrasveer). De eenheid van k is N/mm3. Het beddinggetal wordt gemeten in het werk, maar meestal geschat op basis van het type ondergrond. De natuurlijke ondergrond kunnen we 'opwaarderen' met behulp van de stijfheid en dikte van de daarop aangebrachte laag of lagen funderingsmateriaal. VENCON 2.0 berekent dit samengestelde beddinggetal via een aantal formules.
Verkeersbelasting
Voor het dimensioneren van betonwegen zijn gedurende de levensduur het aantal lastherhalingen én de zwaarte van het verkeer van belang. Welke soorten voertuigen precies gebruikmaken van een verharding, hangt samen met het type weg en de gebruiksfunctie. De verkeersbelasting wordt bepaald door:
- de ontwerplevensduur van de verharding (bij betonverhardingen is 30 tot 40 jaar gebruikelijk);
- het aantal vrachtauto's per etmaal dat gebruik maakt van de weg;
- de zwaarte van de aslasten van het zware verkeer, het aantal assen per vrachtauto en het type band;
- de eventuele jaarlijkse groei van het verkeer.
Zware vrachtauto's veroorzaken doorbuiging in een betonplaat; personenauto's nauwelijks. Een vrachtauto veroorzaakt een buigtrekspanning onder in de plaat. De aslasten van de zwaarste vrachtwagens worden gesommeerd in aslastgroepen. De zwaarte en aantallen van deze aslasten moeten we zorgvuldig inschatten. De aslasten en de verkeersintensiteit kunnen we onder verkeer meten of schatten aan de hand van weg- en verkeerskenmerken. Denk aan toekomstige veranderingen in het verkeersbeeld.
Temperatuurgradiënten
Variaties in temperatuur kunnen eveneens spanningen onder in het beton veroorzaken. Door zoninstraling verschillen de temperaturen aan de boven- en onderzijde van de plaat. Bij verwarming van het oppervlak wil de betonplaat bol gaan staan. Dit wordt tegengewerkt door het eigen gewicht. De plaat buigt door, waardoor er onder in de plaat buigtrekspanningen ontstaan. De hoogte van de temperatuurspanning is niet altijd gelijk. In VENCON 2.0 is een frequentieverdeling van de (positieve) temperatuurgradiënten opgenomen. Berekening op sterkte Bij de sterkteberekening worden de spanningen door de verkeersbelasting en de temperatuurverschillen onder in de verharding opgeteld. Het beton wordt door het verkeer en door de verandering van de temperatuurgradiënt herhaaldelijk op buigtrek belast. Elke belastingsherhaling veroorzaakt inwendige schade. Als de cumulatieve schade te hoog oploopt, scheurt het beton. Hiervoor bestaat een empirisch model van Palmgren-Miner. De dikte van de plaat moet zodanig zijn, dat de verharding tijdens de ontwerplevensduur niet scheurt.
Doorgaande wapening
De plaatdikte van een doorgaand-gewapende betonverharding wordt bepaald op basis van het sterktecriterium dwarsvoeg (met 100% lastoverdracht). Een minimum hoeveelheid betonstaal moet voorkomen dat de wapening gaat vloeien of breekt als het beton scheurt. Zo krijgen we een fijn verdeeld scheurenpatroon. De berekende scheurwijdte moet kleiner blijven dan 0,3 à 0,4 mm. Dan is beton voldoende duurzaam.
Stroomschema ontwerpstappen
Het systeem van op gebruiksfunctie gebaseerde basiswegen en de basisconstructies geldt voor alle typen betonwegen, zowel voor nieuwbouw als bij reconstructie. Alle ontwerpstappen zijn overzichtelijk weergegeven in een stroomschema. Onder meer wordt nagegaan of maatregelen nodig zijn ter verbetering van de ondergrond, het zandbed en/of de fundering. De betondikte die uit het stroomschema volgt, is gebaseerd op:
- een elasticiteitsmodulus van de ondergrond van ten minste 50 MPa (= N/mm2);
- de aangenomen of opgegeven maximale aslast met het bij het wegtype behorende spectrum;
- de sterkteklasse van het beton;
- een ontwerplevensduur van 30 jaar.
