Principe en krachtswerking
Het dilatatieprincipe van de gewapende rubbermatvoeg berust op afschuifvervorming van rubber, net als bij rubber brugopleggingen. De mat is een samengesteld geheel van rubber met staal. Gedecomponeerd bestaat deze uit:
- een gewapende basis aan de randen die verankerd wordt aan de ondergrond middels ankers. In deze basis bevinden zich sleufgaten voor de noodzakelijke toleranties op de ankers.
- een strip aan de bovenzijde die de verkeersbelasting draagt en de dilatatie overbrugd.
- lijnvormige “rubberopleggingen die de strip aan de bovenzijde ondersteunen en de voegbewegingen door middel van schuifvervorming opnemen.
De dilataties in de hoofdrichting worden mogelijk gemaakt door schuif- en buigvervorming van de rubber stripopleggingen. Ook in dwarsrichting is een beperkte dilatatiecapaciteit aanwezig. Ook kunnen kleine rotaties en hoogteverschillen worden opgenomen. In deze animatie wordt dit gedemonstreerd
Bij alle bewegingen ontstaan reactiekrachten, circa 0,3 – 0,5 kN/mm per meter lengte. De ankers bestaan uit thermisch verzinkte lijmankers (draadeinden) die op voorspanning worden gezet met aan aandraaimoment op de moeren. Die ankers nemen de trekkachten op die ontstaan uit excentrische interne krachten uit de mat en de terugveerkrachten die ontstaan uit het dynamische gedrag van de mat. De voorspankracht zorgt er voor dat de matten niet gaan schuiven en dat horizontale krachten via wrijving worden overgedragen op de ondergrond. Onder de mat ontstaan relatief hoge drukspanningen.
Door dynamisch gedrag kan de mat bij onvoldoende voorspanning (zie 4.3.2 onder ‘mechanische weerstand tegen verkeersbelasting) gaan klapperen en worden de drukspanningen verhoogd. De uitvullaag kan gaan scheuren en afbrokkelen. In deze simulatie wordt dit geïllustreerd. Bij onvoldoende voorspanning worden de horizontale krachten niet meer via wrijving overgebracht. Door speling in de boutgaten zal de mat heen en weer gaan schuiven en gaan slijten en steeds meer speling gaan vertonen.
Gewapende mattenvoegen worden in secties van circa 2 meter geproduceerd en op de bouwplaats aan elkaar gelijmd. Montage is daarmee relatief eenvoudig en kan in de meeste gevallen zonder kraanhulp worden uitgevoerd. In beginsel zijn de matten na aanleg waterdicht, maar in praktijk zijn ze dat na verloop van tijd niet. De stootvoegen tussen de elementen zijn meestal niet goed waterdicht. Ook achter en onder de voegen zal een matige waterdichtheid worden bereikt door de belastingwisselingen in het rubber die gepaard gaat met “achterloopsheid”. Deze kan alleen worden verbeterd door het toepassen van een kit die feitelijk als een lijmlaag werkt. Onder de voeg wordt door enige fabrikanten een goot gemonteerd door verlijming aan de hoofdconstructies. Deze zal zeker, mits juist aangebracht de waterdichtheid vergroten. Beheerste afvoer van het water in de gootslab is geen onderdeel van dit ontwerp en zal extern gerealiseerd moeten worden.
Er zijn twee hoofdtypen te onderscheiden
- enkelvoudige matten met een capaciteit tot circa 150mm (2x80mm)
- meervoudige matten, met een dilatatiebereik van circa 350mm (4x80mm)
Bij de dubbele gewapende mattenvoegen wordt de voegspleet overbrug door een met rubber omhulde stalen plaat met een massieve rubber balk erop voor de continuïteit van het bovenvlak. Aan beide zijden bevinden zich enkelvoudige gewapende matten verbonden met stripopleggingen aan het middendeel. Er wordt van uit gegaan dat het middendeel door de stripopleggingen automatisch een centrale positie tussen de zijelementen blijft innemen. Omdat het middendeel niet verankerd is worden de matten zodanig voorgevormd en ingeklemd dat het middendeel onder voorspanning ligt. Het is echter de vraag of dat met relaxatie van het rubber ook zo functioneert. Door aandrijf en remkrachten zullen de middendelen regelmatig verschuiven en dus slijtage opbouwen.
In Nederland zijn gewapende mattenvoegen vanaf 1980 toegepast. Bij Rijkswaterstaat alleen ervaring opgedaan met enkelvoudige typen Algaflex uit Italië, Transflex van Trelleborg uit Spanje en Multiflex van Freyssinet uit Frankrijk. Bij dubbele gewapende mattenvoegen in het buitenland is waargenomen dat ze veel geluid produceren. Dit heeft er mee te maken dat deze matten onvoldoende ingeklemd en stijf zijn en daarmee weerstand kunnen bieden tegen het dynamische gedrag onder verkeer (opvering).Daarnaast speelt ook de vlakheid van de ondergrond en het behoud van de voorspanning in de verankering een rol.
In de praktijk komen veel problemen voor:
- De voegen zijn gevoelig voor slijtage, dit is vooral waarneembaar in bochten en locaties waar sterk wordt geremd of opgetrokken. . De stalen strippen worden zichtbaar en de mat wordt glad
- De vulling van de slobgaten blijkt in de praktijk harder te zijn (epoxy) dan het rubber van de matten. De waterkerende functie ervan faalt daardoor al snel met corrosie van de ankerbouten (bouten, moeren en volgringen) tot gevolg. De vullingen breken en worden uitgereden.
- De voorspanning neemt af door relaxatie, de verankering is onderhevig aan vermoeiing en kan moeren verliezen of breken. Mat gaat slippen indien onder trek en er gaan kieren/naden ontstaan tussen mat en randbalk
- Lekkage door achterloopsheid, verergert door verlies voorspanning, ontstaan van naden en slijtage van de waterkerende folie
- Scheuren en uitbreken van de randbalken:
Onderdelen en aansluitingen
In onderstaande figuur zijn de onderdelen van een gewapende mattenvoegovergang aangegeven.
De uitvullaag is nodig om te zorgen voor een vlakke ondergrond en hoogteverschillen met het aansluitend asfalt op te vangen. De randbalken zijn nodig om het asfalt waterdicht aan te laten sluiten op de mat. Hiervoor zijn verschillende materialen mogelijk zoals thermoplastische kunststoffen, bitumineuze mengsels, staalvezelbeton of epoxybeton. De sleufgaten worden doorgaans gevuld met hetzelfde materiaal als de randbalken. Deze vulling dient om de ankers te beschermen tegen vocht en dooizouten.
Er zijn diverse mogelijkheden om de gewapende maat aan te sluiten op de onderliggende constructie. Vaak worden de matten direct op de ondergrond gemonteerd. Bij betonnen kunstwerk behoort montage op een stalen onderbouw ook tot de mogelijkheden. Het voordeel van een stalen onderbouw is dat er geen schade aan de ondergrond kan ontstaan door eventueel klapperen van de mat onder verkeer en de gootslab deugdelijk en duurzaam kan worden bevestigd. Bij rechtstreekse montage op de ondergrond werd in het verleden de afdichtingsslab vaak tussen de uitvullaag en de mat ingeklemd. Dit is een onjuiste uitvoeringswijze omdat dit leidt tot een grotere rubberdikte in het voorgespannen anker en meer relaxatie.
In onderstaande figuur zijn enkel mogelijkheden weergeven (afdichtingsslab niet weergegeven).
Varianten
De bekendste leveranciers zijn Alga, Freyssinet, Trelleborg Bakker en Watson Bowman (Wabo). De matten zien er op hoofdlijnen hetzelfde uit en verschillen alleen op rubbermateriaal, geometrie en oppervlakte details. In bijlagen zijn de brochures van deze fabrikanten opgenomen voor meer informatie. Er is ook een speciaal type met een gevulcaniseerde aluminium plaat in het rijoppervlak die de mat ongevoelig maakt voor slijtage in het rijoppervlak.
Van de meervoudige matten zijn er ook varianten die in het midden zijn voorzien van een vasthoudconstructie.
