Voegovergangen

Een tweede functionele eis die aan een voegovergangsysteem wordt gesteld betreft “weerstand kunnen bieden tegen belastingen die ontstaan door verplaatsing van de rijdekken van kunstwerken.” Deze functie is nauw verwant aan de primaire functie “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”. Naast dat de voegovergang de bewegingen op moet kunnen nemen, dient deze tevens bestand te zijn tegen de interne (opspan)krachten die optreden als deze bewegingen optreden. De krachten kunnen afhankelijk zijn van temperatuur, vervormingssnelheid en belastingtijd/amplitude. De voegovergang en de verankering aan zijn omgeving dient langdurig weerstand te bieden tegen deze opspankrachten. Daarnaast dient ook de onderbouw van het kunstwerk (bijvoorbeeld de frontwand) bestand te zijn tegen deze opspankrachten. Tenslotte dient er rekening mee gehouden te worden dat deze opspankrachten ook reactiekrachten bij de (vaste) opleggingen kunnen geven.

De volgende interne krachten kunnen worden onderscheiden:

• interne krachten die gerelateerd zijn aan de maximale voegbewegingen van het systeem. Bij deze krachten geldt dat de maximale voegbewegingen optreden onder een veranderlijke temperatuur en binnen een relatief lange tijd.  Hierdoor zal er in de meeste gevallen gedeeltelijke relaxatie van de interne krachten optreden. Daarnaast treden deze aan de maximale voegbeweging gerelateerde krachten slecht laagfrequent op en doorgaans alleen in uitzonderlijke situaties (zeer koude winters). Ofschoon er rekening mee gehouden dient te worden in het ontwerp zijn ze meestal niet maatgevend voor de dimensionering. Door de lagere krachten en het laagfrequente karakter zijn ze ook niet bepalend voor de ontwerplevensduur (als gevolg van vermoeiing).
• interne krachten die gerelateerd zijn aan de kleine voegbewegingen veroorzaakt door verkeersbelasting. Bij deze krachten geldt dat de voegbewegingen het hele jaar door optreden bij een steeds veranderende temperatuur en binnen een relatief korte tijd (seconden). Hierdoor zal er van relaxatie geen sprake zijn en is er sprake van een hoogfrequent karakter. De krachten zijn in de meeste gevallen afhankelijk van de temperatuur, waarbij over het algemeen de krachten bij lage temperaturen door toenemende materiaalstijfheid hoger worden. Voor de ontwerplevensduur van het systeem dient er dus terdege rekening mee gehouden te worden.

Daarnaast kan onderscheid worden gemaakt in:

• opspankrachten door vervorming van dilaterende elementen.
• opspankrachten door wrijving

 

Opspankrachten door vervorming

Bepaalde voegovergangsystemen geven opspankrachten door vervorming van dilaterende elementen zoals rubberprofielen. Bij nosing joints en lamellenvoegen met band/vlinderprofielen en vingervoegen zijn deze krachten verwaarloosbaar klein. Bij nosing joints met compressieprofielen zijn de opspankrachten nodig voor de juiste werking van de voegovergang. Bij mattenvoegen, flexibele voegovergangen, verborgen voegovergangen en integraalvoegen treden relatief hoge krachten op die niet nodig zijn voor de werking van het systeem, maar waar in het ontwerp wel degelijk rekening mee gehouden moet worden.

Ter illustratie een voorbeeld van flexibele voegovergangen.  Doordat bij voegbewegingen de voegmassa wordt samengedrukt of uitgerekt ontstaan er respectievelijk druk- en trekkrachten in de voegmassa die op aanhechting of via een verankering moet worden afgedragen aan de ondergrond. De grootte van deze krachten is afhankelijk van de belastingtijd en de temperatuur.

• Bij lage temperaturen gedraagt de voegmassa zich stijver als bij hoge temperaturen.
• Bij een korte belastingtijd (bijv remkrachten uit verkeer) gedraagt de voegmassa zich stijver als bij een langzaam optredende belasting zoals temperatuur, zetting, krimp/kruip.
• Indien een voegovergang net nieuw is zal deze zich bij de eerste belastingcyclus zich stijver gedragen dan bij opvolgende belastingcycli. De voeg stelt zich als het ware nog in.

Onderstaande figuur toont de opspankrachten voor diverse typen flexibele/verborgen voegovergangen bij -10°C tijdens de eerste belastingcyclus van de bewegingsimulator van de EMPA, waarbij de voegovergangsystemen worden opgerekt. Dit simuleert het groter worden van de voeg door krimp van het kunstwerk bij daling van de temperatuur.

 

Voor bitumineuze voegen geldt dat de combinatie van lage temperatuur en hoge belastingsnelheid de grootste opspankrachten geeft.  De combinatie van lage temperatuur en hoogfrequente belasting zal dus maatgevend zijn voor de toetsing. Deze krachten treden op in winterperiode als gevolg van hoogfrequente voegbewegingen uit verkeer. Indien deze bewegingen te groot zijn kan dat te hoge opspankrachten geven. Het kan de oorzaak zijn dat een bitumineuze voegovergang in de winter gaat scheuren of onthechten van de ondergrond, met lekkage tot gevolg.

In de RTD1007-4 en EAD’s zijn testen opgenomen voor zowel langzame als snelle voegbewegingen. De prestatie met betrekking tot de grootte van de beweging bij een voorgeschreven aantal belastingscycli en temperatuur dient door de leverancier door middel van testen te worden bepaald en vastgelegd in de Prestatieverklaring. De leverancier dient ook de optredende krachten en veerstijfheden te specificeren in de Prestatieverklaring.

Opspankrachten door wrijving

Bij lamellenvoegovergangen en ondersteunde (vinger)voegovergangen wordt voorspanning toegepast om bewegende onderdelen met elkaar te verbinden en schadelijke effecten ten gevolge van trillingen als gevolg van de dynamische verkeersbelasting te voorkomen. Deze voorspanning is een interne kracht die een constante spanningen in het materiaal veroorzaakt. Door kruip,krimp en/of relaxatie kan deze voorspankracht in loop der tijd afnemen. Bij de bewegingen van voegovergangen kunnen krachten ontstaan als gevolg van opspaneffecten of wrijving.  In hoofdzaak zullen deze bewegingen zich in het horizontale vlak afspelen, maar ook verticale bewegingen zijn mogelijk.  Deze bewegingen resulteren in opspankrachten en inklemmomenten die door de aangrenzende constructie moeten worden opgenomen. Deze krachten kunnen zowel statisch als wisselend van aard zijn.  De wisselende krachten die veroorzaakt worden door het verkeer kunnen aanleiding zijn voor vermoeiing in bepaalde onderdelen. Onderstaande figuur geeft schematisch de werking van een lamellenvoegovergang met een centrale dwarsdrager weer. De lamellen zijn door middel van beugels met daartussen aandrukveren en opleggingen voorgespannen op de dwarsdrager. Bij voegbewegingen ontstaan er ten gevolg van die voorspanning wrijvingskrachten in de glijvlakken.

Naast dat er rekening gehouden moet worden met de resulterende opspankrachten in de verankering aan de aangrenzende constructie, dient ook rekening gehouden te worden met slijtage van de glijdelementen die de wrijving veroorzaken.

 

 

Verificatie weerstand tegen interne krachten

Voor zover relevant voor het beschouwde / beoogde voegovergangsysteem dient de weerstand tegen interne krachten geverifieerd te worden:

• Bij de keuze van het toe te passen systeem; dit betreft een toetsing van de geschiktheid i.r.t. de optredende (hoogfrequente) voegbewegingen. Zie hiervoor par 5.3.2.2
• Bij het constructieve ontwerp van de verankering van de voegovergang in de onderliggende constructie.  Bij grondkerende wanden van landhoofden dienen de interne krachten vanuit de voegovergang ook meegenomen te worden in het constructieve ontwerp van de grondkerende wand.
• De interne krachten zijn ook van invloed op de horizontale oplegreacties van de brugopleggingen. Met name in gefixeerde oplegsystemen is dit van belang omdat de reactie krachten zich concentreren ter plaatse van de vaste oplegging. De interne krachten dienen meegenomen te worden in het constructieve ontwerp van deze oplegging en aangrenzende constructiedelen.