De weerstand tegen toplaaginstabiliteit kan ook in dit geval worden berekend met de analytische methode die is verwerkt in het computerprogramma STEENTOETS. Constructief is er geen verschil met 'hergebruik', maar voor de bepaling van de toepasbaarheid is wel een andere procedure nodig.
In geval van nieuw aan te leveren elementen kunnen de materiaaleigenschappen (elementhoogte en dichtheid) door de ontwerper worden gekozen, binnen de grenzen van de
leverbaarheid. In de praktijk zijn nieuw aan te leveren standaardelementen bijna altijd betonzuilen. De tekst in deze paragraaf is daarop gebaseerd, maar het principe van de rekenprocedure is ook toepasbaar voor een andere soort steenzetting die leverbaar is met verschillende combinaties van elementhoogte en dichtheid.
Berekening kleinste toplaagdikte per dichtheid
Uitgangspunt van de rekenprocedure is dat de zwaarst leverbare betonzuilen in het hele ontwerpvak toepasbaar zijn. Als dit niet het geval is, kan met de rekenprocedures uit §4.4.3 worden bepaald op welk deel van het ontwerpvak de zwaarst leverbare elementen wél technisch toepasbaar zijn.
Het resultaat van de rekenprocedure in deze paragraaf is een overzicht voor elk ontwerpvak van de lichtste betonzuilen (ten aanzien van zuilhoogte én dichtheid) die technisch toepasbaar zijn.
Meestal neemt de golfhoogte af met het waterstandsniveau. Elke strook die binnen een ontwerpvak wordt onderscheiden, wordt ontworpen op de zwaarst belaste steen. Een gedetailleerde verdeling in ontwerpstroken kan dus leiden tot een efficiënter ontwerp, maar daartegenover staan uitvoeringstechnische nadelen (en toename van het ontwerpwerk). In de praktijk zullen niet meer dan twee of drie stroken binnen één ontwerpvak worden toegepast. Daarbij wordt opgemerkt dat de bovenste strook vaak een groot deel van het talud in beslag zal nemen. De zwaarst belaste steen bevindt zich op enige afstand onder de maatgevende hoogwaterstand en de grens voor toepassing van een lichter zuiltype bevindt zich weer op enige afstand daaronder, waar de golfbelasting lichter is. De rekenprocedure moet apart worden doorlopen voor elke strook (in de praktijk maximaal drie).
Rekenprocedure:
-
Neem de golfrandvoorwaarden die horen bij de ontwerpstrook;
-
Neem de ontwerpwaarde voor de open ruimte (paragraaf 16.4) en voor de kenmerken van de granulaire laag (paragraaf 16.7, 16.8 en 16.9);
-
Neem de ontwerpwaarde voor de cotangens van de ontwerphelling (paragraaf 15.2);
-
Kies het type overgangsconstructie en het niveau ten opzichte van NAP;
-
Bepaal voor alle praktisch leverbare waarden voor de dichtheid de kleinst mogelijke zuilhoogtes; bij de dichtheid kan worden gewerkt met stappen van 50 à 100 kg/m3 en bij de zuilhoogte met stappen van 5 centimeter. Eind 2011 waren dichtheden van 2300 tot 2900 kg/m3en zuilhoogtes van 15 tot 50 centimeter leverbaar (zie paragraaf 16.1 en 16.3). Werkwijze voor elke waarde van de dichtheid:
5a. Kies een waarde voor de zuilhoogte.
5b. Controleer of het resultaat van STEENTOETS bij deze invoerwaarden stabiel is. 5c. Zo nee: kies een grotere zuilhoogte en voer stap 5b opnieuw uit; zo ja: de laatst
gebruikte zuilhoogte is de kleinst toepasbare in combinatie met de gebruikte waarde voor de dichtheid.
Vanzelfsprekend kan stap 4 ook andersom worden ingestoken: eerst een zuilhoogte kiezen en vervolgens de bijbehorende kleinst mogelijke dichtheid bepalen.
Deze werkwijze leidt voor elk bekledingsvak tot een aantal mogelijke combinaties van dichtheid en zuilhoogte. Bij de range van betonzuiltypen die eind 2010 leverbaar was, zijn in de praktijk twee of drie combinaties met ongeveer dezelfde toplaagstabiliteit mogelijk, omdat bij kleinere en grotere zuilhoogte de benodigde dichtheid niet leverbaar is. Bijvoorbeeld:
-
Zuilhoogte 0,30 meter, dichtheid 2300 kg/m3;
-
Zuilhoogte 0,25 meter, dichtheid 2550 kg/m3;
28
– Zuilhoogte 0,20 meter, dichtheid 2900 kg/m3.
Het is in principe mogelijk om andere ontwerpparameters te veranderen om een bepaald zuiltype toe te kunnen passen (taludhelling, eigenschappen granulaire laag, open- ruimtepercentage).
Voor de afweging tussen de verschillende toepasbare combinaties van zuilhoogte en dichtheid gelden vooral kosten, uitvoeringsaspecten en beheersaspecten als criteria. Voor elke ontwerpstrook gaat het om een afweging tussen hoge zuilen met kleine dichtheid en lage zuilen met grote dichtheid.
De kosten van de verschillende combinaties worden in de eerste plaats bepaald door de beschikbaarheid op de markt; die varieert zo sterk dat de ene keer hoge zuilen met kleine dichtheid en de andere keer lage zuilen met grote dichtheid goedkoper zullen zijn. Wellicht worden de kosten in het algemeen iets sterker bepaald door de dichtheid dan door de zuilhoogte, zodat een hoge zuil met kleine dichtheid gemiddeld iets goedkoper zal zijn.
Toepassing van standaardbeton (met een dichtheid van 2300 of 2400 kg/m3) lijkt relatief
gunstig omdat de toevoeging van zware toeslagmaterialen relatief duur is.
Ten aanzien van de uitvoering is het vooral van belang zo weinig mogelijk verschillende zuiltypen binnen één werk toe te passen. Dit heeft invloed op het aantal stroken dat binnen één vak wordt onderscheiden, maar het kan ook leiden tot een keuze voor (beperkte) overdimensionering van de toplaag zodat hetzelfde type kan worden toegepast als in een aansluitend ontwerpvak of een aansluitende strook. Voor het beheer is het eveneens gunstig als er weinig verschillende typen worden toegepast. Als toch wordt gekozen voor verschillende typen is het verstandig om te kiezen voor zuiltypen die visueel te onderscheiden zijn. Met het oog op de weerstand tegen afschuiving kan het gunstiger zijn om lage zuilen met hoge dichtheid te kiezen; deze bieden evenveel toplaagstabiliteit, maar bij gelijkblijvende bovenkant kan een dikkere kleilaag worden gehandhaafd en dat is gunstig voor de weerstand tegen afschuiving (zie paragraaf 4.7).
