Hoofdstuk 3 geeft uitgebreid informatie over temperatuur in constructies en hun ontwerp berekeningen. In dit uitvoering hoofdstuk worden de praktische aspecten benoemd voor berekening en beschouwing van een goede voorinstellingen.
De constructietemperatuur van de brug op het moment van aanbrengen van de voorinstelling, is medebepalend voor de voorinstelling (zie hoofdstuk 6.4.1). Deze constructie temperatuur kan op een dag grote fluctuaties ondergaan en daarmee de onzekerheid op een goede voorinstelling vergroten. Ter illustratie toont de grafiek in het onderstaande figuur het verloop van de constructietemperatuur gedurende een etmaal voor drie brugtypes.
In dit voorbeeld betreft het een brug met een veldlengte van 100 m naar zijn vaste punt. Voor de bepaling van de voorinstelling wordt de karakteristieke waarde aangehouden van 1,0 * 10 -6 / °C. De uitzetting is dus 1 mm per °C per 100m’ (zie ook hoofdstuk.6.4.2). In dit voorbeeld is het een zonnige zomerse dag met een heldere koude nacht.
De omgevingstemperatuur is in de nacht 10 °C en overdag 20 °C.
Tijdens deze gemiddelde zomerdag fluctueert de constructietemperatuur in verschillende brugtypes al aanzienlijk. De voornaamste oorzaak hiervan is zonneschijn op het zwarte, warmte absorberende asfalt. Stalen bruggen warmen het meeste op en ondervinden een maximumtemperatuur veel hoger dan de luchttemperatuur. Stalen bruggen koelen ’s nachts ook weer het meeste af door snelle uitstraling van de warmte naar een heldere hemel. Dit komt doordat stalen bruggen minder massa hebben dan betonnen bruggen en de geleiding van warmte door staal sneller plaatsvindt dan door beton. De warmtecapaciteit van stalen bruggen is dus veel minder dan van betonnen bruggen.
De maximale vervorming in de lengte van de brug per dag kan bij een stalen brug oplopen tot +/- 25 mm op een veld lengte van +/- 100 meter. Bij een betonnen dek is dat maar +/-7 mm. De responstijd van stalen bruggen is ook veel korter. De stalen brug bereikt ’s ochtends als eerste zijn minimale uitzetting (rond 6.00 uur). Bij betonnen bruggen gebeurt dit pas rond 10.00 uur, als de zon al enkele uren op is.
Stalen bruggen bereiken om 17.00 uur hun maximale uitzetting. Voor betonnen bruggen is dat pas ’s avonds om 22.00 uur (en betonnen kokerliggers zelfs pas om 24.00 uur). Dat deze brugtypen nog warmer worden als de zon al onder is, komt doordat het warme asfalt laat in de avond nog zijn warmte afgeeft aan de constructie. Het zwarte asfalt kan overdag wel 50 °C worden en op de warmste, windstille zomerse dagen zelfs wel 60 °C.
Hieronder zijn een aantal ruwe gegevens uit de grafiek nogmaals samengevat in een tabel. De laatste kolom is de frequentie waarop de constructie temperatuur gemeten moet worden om tot een goede voorinstelling te komen.
Tabel 6.4.4.b: Voorbeeld van temperatuurvariaties in verschillende brugtypen gedurende een etmaal in de zomer.
| Type brug | Koudste tijdstip | Warmste tijdstip | ΔT/dag | Lengte variatie per dag in mm | Frequentie meting per dag |
| Betonnen liggers/massief in het werk gestorte dekken | 10:00 uur | 22:00 uur | 5-7 °C | 5 á 7 mm | Minimaal 3 maal per dag meten: 07:00; 11:00; 14:00 |
| Betonnen kokerliggers | 12:00 uur | 00:00 uur | 3-5 °C | 3 á 5 mm | Minimaal 2 maal per dag meten: 07:00; 13:00 |
| Stalen bruggen | 06:00 uur | 17:00 uur | 25 °C | 23 á 26 mm | Minimaal elk uur opnieuw meten, instellen en fixeren.
|
In de praktijk blijkt geregeld dat de constructietemperatuur op het moment van afstellen niet goed is bepaald, doordat slechts op één tijdstip (bijvoorbeeld ’s ochtends vroeg bij aanvang van de werkzaamheden om +/- 7:30 uur) een temperatuurmeting is gedaan. En dan vaak ook nog alleen de omgevingstemperatuur van de buitenlucht. Zoals de grafiek en de tabel laten zien is dat absoluut onvoldoende.
Door de grote temperatuurverschillen in stalen bruggen is het nodig om zeer frequent (in dit voorbeeld in de zomer: ieder uur) te meten. Dit houdt dus ook in, dat de oplegging binnen maximaal een uur na de meting afgesteld moet zijn of met separate borgconstructies ook horizontaal gefixeerd moeten zijn nog voordat de oplegging definitief bevestigd wordt.
In de praktijk betekent dit dus ook dat bij elke oplegging er opnieuw gemeten moet worden.
Vanzelfsprekend heeft het geen zin om rond 8.00 uur de constructietemperatuur te meten als pas om 13.00 uur vooringesteld wordt. Dat moet gebeuren bij de constructietemperatuur van 13.00 uur.
Het uitvoeringsrisico op het aanbrengen van een niet correcte voorinstelling door een sterk variërende constructietemperatuur kan aanzienlijk verminderd worden. Hiervoor kan goed de extra glijweg worden geïntroduceerd zoals in hoofdstuk 6.2 is behandeld.
Dit hoofdstuk constructie temperatuur en voorinstelling is niet alleen relevant bij opleggingen maar ook bij de voegovergangen van bruggen. Bij enkelvoudige voegovergangen welke bewegingen behoren te ondergaan op de grens van hun capaciteit en bij de grote meervoudige voegovergangen in stalen bruggen zijn de risico’s groot. Zie hiervoor handboek voegovergangen.
Bepaling plaats van meting van de constructietemperatuur
In het algemeen geldt dat nooit de door de zon beschenen zijde van de constructie gebruikt mag worden om daar de constructietemperatuur te meten.
Een quickcan met een nauwkeurige infraroodmeter (aflezing in decimalen) geeft een gemiddelde waarde uit tenminste vijf metingen.
Het nadeel van infraroodmetingen is, dat die alleen de oppervlaktetemperatuur weergeven. Dit terwijl de temperatuur van de constructie kan variëren over de doorsnede. Bij betonnen bruggen heeft het daarom de voorkeur om 15 cm diep in de constructie te meten. De bepaling van de inwendige temperatuur kan met een thermokoppel plaatsvinden. Hiervoor kan heel goed een rijpheidscomputer met zijn thermokoppeldraden gebruikt worden.
- Bij betonnen bruggen: boor een gaatje rond 10 mm in het beton en “lijm “daarin met siliconenkit de thermokoppeldraad.
- Bij stalen bruggen kan een thermokoppeldraad met duct tape op een niet- door zon beschenen constructiedeel geplakt worden.
Betonnen bruggen
Bij kokerliggers zijn de binnenwanden geschikt om de constructietemperatuur te bepalen. Opvallend is dat de luchttemperatuur in de koker hier vaak goed mee overeenkomt. Zie onderstaand figuur.
Bij een liggerdek of een in situ gestort dek volstaat het meten van de onderflens. Zie onderstaand figuur.
Stalen bruggen
De constructietemperatuur bij stalen bruggen kan sterk variëren per constructieonderdeel. Gebruikelijk is dat de onderzijde van de dekplaat wordt gebruikt als indicatie voor de constructietemperatuur. De temperatuurverschillen tussen constructieonderdelen kunnen echter zo groot zijn dat er fouten optreden in de voorinstelling. Zie onderstaand figuur.
Een voorbeeld is een stalen dek waar midden in de zomer de zon fel op staat. De dekplaat is dan te warm om maatgevend te zijn voor de gehele constructie.
Dit geldt zeker als het asfalt/beton nog niet is aangebracht in bijvoorbeeld een renovatiefase.
Bij stalen bruggen is het dus aan te bevelen om voorafgaand aan het feitelijke afstellen van de oplegging te bepalen, welk constructieonderdeel maatgevend is voor de constructietemperatuur. Dit kan gebeuren door de temperatuur te meten op meerdere constructiedelen. Bijvoorbeeld op de dekplaat, lijven en flensen van hoofd- of dwarsdragers in combinatie met metingen van de feitelijke uitzetting/krimp van de constructie bij zijn voegovergangen. Deze metingen kunnen uitgevoerd worden met een interval van een half uur gedurende een week. Deze data worden vervolgens vergeleken met de theoretische uitzettingswaarden. Uit dit proces volgt welk constructieonderdeel bij het voorinstellen het meest maatgevend is voor de constructietemperatuur. Op de uitvoeringsdag hoeft vervolgens niet een veelvoud van data bestudeerd te worden. Het onderdeel welke maatgevend is voor de constructietemperatuur is dan bekend. En het meest betrouwbaar.