Toetsing dwarskrachtcapaciteit Heinenoordtunnel volgens de TNO- IBBC methode Henco Burggraaf en Jan Zwarthoed Inhoud Onderzoek kunstwerken RWS Bouwdienst e Heinenoordtunnel Uitgangspunten berekening door TNO DIANA-berekening Alternatief dwarskrachtmodel TNO-RWS Doorsnede toetsing Veiligheid Heinenoordtunnel Vervolgonderzoek dinsdag 5 november 8
Onderzoek kunstwerken RWS Bouwdienst Inventarisatie van kunstwerken van voor 97 met een verhoogd risico tot bros bezwijken Schatting dat ca. kunstwerken een verhoogd risico hadden Onderverdeling in categorieën: platen liggers (volstortliggers, -liggers) kokers T-liggers doosconstructies (onderdoorgangen, duikers) tunnels Door een aantal ingenieursbureaus is een Quick Scan of snelle beoordeling uitgevoerd op basis waarvan kunstwerken geclassificeerd zijn in (veilig) t/m 5 (onveilig) 3 dinsdag 5 november 8 e Heinenoordtunnel (99) Volgens de Quick Scan beoordeling zou de e Heinenoordtunnel onvoldoende dwarskrachtcapaciteit hebben in een aantal doorsneden, indien getoetst volgens de NEN 7. 4 dinsdag 5 november 8
Resultaten Quick Scan 5 dinsdag 5 november 8 Uitgangspunten berekening door TNO Krachten bij waterdiepte,/,/3,/4,/5, m Veiligheidsfactor γ =, voor e.g. en grond Veiligheidsfactor γ =,5 voor water dinsdag 5 november 8 3
DIANA berekeningsmethode () Methode SNEDE N ij ( h) ij = σ h HARTLIJN V y N V ij N = ( h) ij = τ n N ij i= j= h V y N V = n V ij i= j= M n = yi i= ( N N ) i i 7 dinsdag 5 november 8 DIANA berekeningsmethode () Methode = BENADERING! σ σ n n = h n h n Exact moment: Absolute fout: Percentuele fout: M = σ h σ h M = n n n M = M = n σ n σ n > < % 8 dinsdag 5 november 8 4
DIANA type berekening Plane strain Fysisch niet-lineair in verband met niet-lineaire materiaaleigenschappen van de oplegging 9 dinsdag 5 november 8 DIANA materiaalmodellen Beton: lineair-elastisch materiaalgedrag soortelijke massa: ρ = 5 kg/m 3 elasticiteitsmodulus: E = 335 N/mm poisson constante: ν =. Oplegging: niet-lineair gedrag (stijf onder druk, slap onder trek) Tractie [N/mm ] -5 - -5-5 5-4 - -8 - - -4 - Relatieve verplaatsing [mm] SIGDIS TAUDIS dinsdag 5 november 8 5
DIANA geometrie () Dwarsdoorsnede Heinenoordtunnel dinsdag 5 november 8 DIANA geometrie () Heinenoordtunnel in DIANA dinsdag 5 november 8
DIANA elementtypen, elementennet () Elementtypen CQE CQE CQE CQE CQE CLI CLI CLI 3 dinsdag 5 november 8 DIANA elementtypen, elementennet () Elementennet elementen over hoogte elementen over breedte 4 elementen over hoogte 4 dinsdag 5 november 8 7
DIANA randvoorwaarden () Opleggingen 5 dinsdag 5 november 8 DIANA randvoorwaarden () Belastingen eigengewicht grond beton water ballast dinsdag 5 november 8 8
DIANA resultaten (N, UGT, max. waterdruk) Normaalkracht [N] - -4 - -8 - - -4 - -8 4 8 4 DAK Y-coördinaat [mm] ZIJWAND 7 5 4 3-4 -5-9 -5-4 -5-9 -5-4 Normaalkracht [N] 7 Normaalkracht [N] - -4 - -8 - - -4-4 8 4 VLOER dinsdag 5 november 8 DIANA resultaten (V, UGT, max. waterdruk) Dwarskracht [N] 5 DAK 5 5-5 4 8 4 - -5 - Y-coördinaat [mm] 7 ZIJWAND 5 4 3 - -8 - -4-4 8 Dwarskracht [N] Dwarskracht [N] 5 5-5 4 8 4 - -5 - -5 VLOER 8 dinsdag 5 november 8 9
DIANA resultaten (M, UGT, max. waterdruk) Moment [Nmm].E+ 5.E+ DAK 4.E+ 3.E+.E+.E+.E+ -.E+ 4 8 4 -.E+ -3.E+ Y-coördinaat [mm] 7 ZIJWAND 5 4 3.E+ 4.E+5 8.E+5.E+.E+.E+ Moment [Nmm] Moment [Nmm] 3.E+.E+.E+.E+ -.E+ 4 8 4 -.E+ -3.E+ -4.E+ -5.E+ -.E+ VLOER 9 dinsdag 5 november 8 DIANA resultaten (controle veldmoment dak) Dwarskracht [N] Moment [Nmm] 5 5 5-5 4 8 4 - -5-5.E+ 4.E+ 3.E+.E+.E+ 87.3;.4E+ φ M 478.8; 4.5E+.E+ 4 8 4 -.E+ M -.E+ y =.4x - 775x + 4E+ -3.E+ R =.999 y =.78x - 887.5 R = M N dm =.4 x 775 = tanϕ x = 897 dx M M =.4 897 775 897 + 4 =.85 ( 897 87.3) tan =.83 =.4 + ϕ dv q = = q l dx 8 M 8 5.54.78 = = q l N e M + M = M = 5.54 53 5 = 4.9 % =.8% q N dinsdag 5 november 8
Dwarskrachtmodel TNO-IBBC () Methode ontwikkeld tussen 97 en 98 door TNO-IBBC in samenwerking met RWS, specifiek voor tunnelconstructies. Met deze methode wordt voor elke doorsnede de optredende dwarskracht vergeleken met de dwarskrachtcapaciteit. Daarvoor dient in elke doorsnede de moment-dwarskrachtverhouding te worden berekend. De methode maakt onderscheid tussen bezwijken door ) afschuiftrekbreuk (τ ) en ) afschuifdrukbreuk (τ ). dinsdag 5 november 8 Dwarskrachtmodel TNO-IBBC () Parameters in de relaties: betondruksterkte wapeningspercentage moment-dwarskrachtverhouding schaaleffect normaalkracht τ =,7 τ =,45 ( +,f ' )( + ω ) ck ( +,f ' )( + ω ) ck o o V d d +, M 3 V d d M 3 4 4 N' +, d bd N' d +,45 bd dinsdag 5 november 8
Doorsnede toetsing, a a Waterstand:,8, NAP+5, m,4 spanning [N/mm],,,8,,4 C4/5 U.C.=,5,, 3 4 5 7 8 9 afstand x [m] tau _ tau_ tau_d 3 dinsdag 5 november 8 Voorlopige resultaten dwarskrachtcapaciteit De U.C. s voor de UGT worden in onderstaande tabel gegeven voor C4/5. HHW ligt tussen BC3 en BC4. De tunnelzijwand vormt geen probleem m.b.t. dwarskrachtcapaciteit. BC BC BC 3 BC 4 BC 5 Dak,95,99,3,,9 Vloer,88,9,9,,5 Een faalkansberekening levert β = 4, bij C4/5. Volgens het bouwbesluit dient dit tenminste β = 3, te zijn. 4 dinsdag 5 november 8
Vervolgonderzoek Rekenen met massadichtheid van zoutwater Langeduurfactor van,9 naar,85 Rekenen met gemeten sterkte van beton 5 dinsdag 5 november 8 Einde presentatie dinsdag 5 november 8 3