Zettingsberekening bij fundering op staal: Belang, methoden en praktische toepassing

Published by Redactie on augustus 2, 2025 | Category fundering

Inleiding

Een stabiele fundering is onmisbaar voor de duurzaamheid en veiligheid van een gebouw. Bij funderingen op staal, vaak gebruikt op stevige gronden zoals zand, speelt zettingsberekening een centrale rol in het ontwerp- en bouwproces. Zettingen kunnen leiden tot scheuren, verzakkingen en structurele problemen als ze niet goed worden beheerst. In dit artikel worden de principes, methoden en toepassingen van zettingsberekening bij fundering op staal besproken. De aandacht gaat uit naar zowel technische aspecten als praktische toepassingen in het bouwproces. Alle informatie is gebaseerd op betrouwbare bronnen uit het bouw- en constructievak.

Wat is zetting en waarom is het belangrijk?

Zetting is de neerslag van een fundering als gevolg van de belasting die het bouwwerk op de grond uitoefent. Deze neerslag kan zich op verschillende manieren voordoen: homogeen over het gehele bouwwerk, scheef of in afzonderlijke delen van het gebouw. Het is essentieel om zettingen te berekenen en te beheersen, omdat ongelijke zettingen (zettingsscheuren) structurele schade kunnen veroorzaken.

Zettingen worden voornamelijk beïnvloed door: - De soort en de kwaliteit van de ondergrond (bijvoorbeeld zand, klei of veen); - De belasting die op de fundering wordt uitgeoefend; - De diepte van de fundering; - De vochtigheid en doorlatendheid van de grond; - De invloed van klimatologische factoren zoals vorst en droogte.

De berekening van zettingen is een essentieel onderdeel van een constructieberekening voor funderingen. Het helpt om de stabiliteit van een gebouw te garanderen en eventuele schade aan te voorzien.

Methoden voor zettingsberekening

Er zijn verschillende methoden voor het berekenen van zettingen, afhankelijk van de aard van de grond en de belasting. Twee veelgebruikte methoden zijn de Koppejan-methode en de Bjerrum-methode. Beide worden gebruikt in combinatie met de Nederlandse normen, zoals NEN 9997-1.

De Koppejan-methode

De Koppejan-methode is ontwikkeld door ingenieur J. J. Koppejan en is vooral geschikt voor het berekenen van zettingen in klei- en veenlagen. De methode maakt gebruik van samendrukkingscoëfficiënten om de zetting te bepalen. Deze coëfficiënten zijn afhankelijk van de grondsoort en worden vaak opgezocht in tabellen zoals die in NEN 6740 zijn opgenomen.

De berekening van zettingen met de Koppejan-methode houdt rekening met zowel de directe (primaire) zetting als de secundaire zetting (kruip). De formules voor deze zettingen zijn als volgt:

Primaire zetting (w1):
$ w1 = \sum \frac{1}{Cp,i} \cdot hi \cdot \ln\left(\frac{\sigma{v,z,0} + \Delta\sigma{v,z}}{\sigma{v,z,0}}\right) $
Secundaire zetting (w2):
$ w2 = \sum \frac{1}{Cs,i} \cdot hi \cdot \log\left(\frac{t}{t0}\right) \cdot \ln\left(\frac{\sigma{v,z,0} + \Delta\sigma{v,z}}{\sigma_{v,z,0}}\right) $

Hierin zijn: - $ Cp $ en $ Cs $ de primaire en secundaire samendrukkingscoëfficiënten; - $ hi $ de dikte van de grondlaag; - $ \sigma{v,z,0} $ de oorspronkelijke grondkorrelspanning; - $ \Delta\sigma{v,z} $ de toename van de grondkorrelspanning; - $ t $ de tijdsduur van de zetting; - $ t0 $ het tijdstip waarop de zetting begint.

De Koppejan-methode vereist iteratief rekenen, omdat de zetting van de grondlagen invloed heeft op de opbrengst van water en het gewicht van de grondlagen. Dit maakt de methode complex, maar ook zeer nauwkeurig bij het voorspellen van zettingen in zwakke gronden.

De Bjerrum-methode

De Bjerrum-methode is ontwikkeld door de Noorse ingenieur L. Bjerrum en is vooral geschikt voor het berekenen van zettingen in stijve klei. Deze methode maakt gebruik van de grondsamenstelling en de grondwaterstand om de zetting te berekenen. Het is minder complex dan de Koppejan-methode, maar wel zeer geschikt voor projecten waarin snel en eenvoudig een inschatting van de zettingen nodig is.

Beide methoden zijn in gebruik bij constructieberekeningen en worden vaak gebruikt in combinatie met softwaretools die deze berekeningen automatiseren, zoals IV-Staal (zie bron [1]).

Fundering op staal: Kenmerken en toepassing

Een fundering op staal is vaak gekozen wanneer de ondergrond stevig is, bijvoorbeeld zand. In dit geval is het draagvermogen van de grond voldoende om de belasting van het bouwwerk te dragen. De breedte van de fundering wordt bepaald door factoren zoals de belasting per oppervlakte-eenheid, de vormveranderingsdraagvermogen en het voorkomen van ongelijke zettingen.

Een typische breedte van de fundering is 2 tot 3 maal de dikte van het opgaande werk. Dit zorgt voor voldoende stabiliteit en vermindert het risico op scheuren of verzakkingen.

Bij funderingen op staal is het ook belangrijk om te zorgen dat de fundering voldoende diep is aangelegd, zodat er geen invloed van vorst is. De vorstgrens ligt meestal op minimaal 600 mm onder het maaiveld. Bij vorst kan de grond uitzetten, wat leidt tot onregelmatige zettingen. Dit kan tot structurele problemen leiden, zoals scheuren in muren of vloeren.

Daarnaast speelt de toekomstige zetting een rol in het ontwerp. Zettingen kunnen niet volledig worden voorkomen, maar wel worden beheerst door de fundering zo stijf mogelijk uit te voeren. Dit vermindert het risico op ongelijke zettingen en zorgt voor een langdurige stabiliteit van het gebouw.

Belasting en zettingen bij fundering op staal

De belasting die op de fundering wordt uitgeoefend is een van de belangrijkste factoren bij het berekenen van zettingen. De belasting kan bestaan uit het eigen gewicht van het bouwwerk, windbelasting en eventuele extra belastingen zoals meubels of technische apparatuur.

Bij fundering op staal wordt meestal gebruikgemaakt van stroken of funderingsplaten. De breedte en dikte van deze elementen worden berekend aan de hand van de belasting en de eigenschappen van de grond. De berekening van het draagvermogen van de ondergrond is een essentieel onderdeel van de constructieberekening. Dit wordt vaak gedaan aan de hand van een sonderingsrapport of andere grondonderzoeken.

Het draagvermogen van de fundering wordt uitgedrukt in kN/m² en geeft aan hoeveel belasting de grond kan dragen zonder te bezwijken. Deze waarde wordt beïnvloed door de samendrukbaarheid van de grond, de ligging van het freatisch vlak (bovenkant van de grondwaterspiegel) en de snelheid van het toepassen van de belasting.

Last-zakkingsdiagrammen en k-waarden

Een last-zakkingsdiagram is een grafische weergave van de relatie tussen de belasting en de zetting. Het laat zien hoe de zetting verloopt bij toenemende belasting. Dit diagram is een waardevolle hulpmiddel bij het bepalen van het draagvermogen van de fundering en het voorkomen van overbelasting.

De k-waarden, ook wel bekend als stijfheidscoëfficiënten, geven aan hoe stijf de grond reageert op een belasting. Deze waarden worden vaak gebruikt in constructieberekeningen om de zettingen te bepalen. De k-waarden worden beïnvloed door de eigenschappen van de grond, zoals de doorlatendheid en de vochtigheid.

Invloed van grondwater en zandstorting

De ligging van het freatisch vlak (grondwaterstand) heeft een grote invloed op de zetting van funderingen. Wanneer de grondwaterstand hoog ligt, kan de grond minder belasting dragen. Dit is vooral het geval bij veenlagen of klei, die sterk samendrukbaar zijn. In dergelijke gevallen wordt vaak gebruikgemaakt van grondverbetering, zoals een zandstorting of een puinlaag, om de draagkracht van de grond te verhogen.

Zand is een veel gebruikte grondsoort bij funderingen op staal, omdat het relatief stijf is en een hoge draagkracht heeft. Echter, wanneer zand direct wordt gevolgd door een veenlaag, kan het tot snelle zettingen komen. Dit is vooral het geval bij spanningsbemalingen, waarbij de belasting op de grond plotseling toeneemt.

Veiligheidseisen en bouwvoorschrachten

Een goed uitgevoerde constructieberekening voor funderingen is essentieel om veiligheidseisen en bouwvoorschrachten te voldoen. Deze eisen zijn opgenomen in bouwregelgeving en normen zoals NEN 9997-1 en NEN 6740.

De veiligheidseisen houden onder andere rekening met: - Het draagvermogen van de ondergrond; - De belasting die op de fundering wordt uitgeoefend; - De stabiliteit van de fundering onder verschillende omstandigheden (bijvoorbeeld bij vorst of droogte); - De toelaatbare zettingen in relatie tot het bouwwerk.

Bij het aanleggen van de fundering moet rekening worden gehouden met de toekomstige zettingen en de mogelijke invloed van klimatologische factoren. Dit is belangrijk om structurele problemen te voorkomen en de levensduur van het gebouw te verlengen.

Constructieberekeningen bij fundering op staal

Constructieberekeningen voor funderingen op staal worden vaak uitgevoerd door ervaren constructeurs. Deze berekeningen omvatten een analyse van het draagvermogen van de ondergrond, de berekening van de zettingen en het bepalen van de benodigde afmetingen van de fundering.

Bij 3/2 Engineering (zie bron [4]) wordt gebruikgemaakt van software en handmatige berekeningen om een nauwkeurige constructieberekening te maken. Deze berekening zorgt ervoor dat de fundering optimaal is afgestemd op het bouwwerk en voldoet aan de geldende bouwvoorschrachten.

De constructieberekening omvat onder meer: - Analyse van het draagvermogen van de ondergrond aan de hand van een sonderingsrapport; - Berekening van de breedte, dikte en bewapening van de funderingsplaten of stroken; - Advies over het type beton en de benodigde wapeningsstaal; - Berekening van verticale en horizontale krachten, zoals het gewicht van het gebouw en de windbelasting; - Analyse van de invloed van grondwater en plannen voor een goede afwatering.

De resultaten van de berekening worden opgenomen in een rapport met constructietekeningen en technische specificaties. Deze tekeningen dienen als praktische handleiding voor de aannemer en zorgen voor een efficiënte en veilige uitvoering van het bouwproject.

Praktische voorbeelden en toepassing

Een praktisch voorbeeld van een fundering op staal is een woning die wordt gebouwd op zandgrond. In dit geval is de ondergrond stijf genoeg om de belasting van het bouwwerk te dragen. De fundering wordt uitgevoerd als een funderingsplaat of een reeks stroken, afhankelijk van de grootte van het bouwwerk. De breedte van de fundering wordt berekend aan de hand van de belasting en de eigenschappen van de grond.

Een ander voorbeeld is een aanbouw aan een bestaand gebouw. In dit geval is het belangrijk om rekening te houden met de bestaande fundering en de eventuele zettingen die deze heeft ondergaan. De nieuwe fundering moet optimaal zijn afgestemd op de bestaande constructie om ongelijke zettingen te voorkomen.

In beide gevallen is een constructieberekening essentieel om de stabiliteit en veiligheid van het bouwwerk te garanderen. De berekening zorgt ervoor dat de fundering optimaal is afgestemd op de belasting en de eigenschappen van de ondergrond.

De rol van software bij zettingsberekening

Softwaretools zoals IV-Staal (zie bron [1]) spelen een belangrijke rol bij het uitvoeren van zettingsberekeningen. Deze programma’s bieden een efficiënte en nauwkeurige manier om zettingen te berekenen en de stabiliteit van de fundering te bepalen.

IV-Staal is ontwikkeld in 2005 en wordt sindsdien gebruikt voor duizenden funderingsadviezen. Het programma is gebaseerd op NEN 9997-1 en bevat functies voor het berekenen van draagkracht, gronddruk en zettingen.

De invoerparameters van IV-Staal omvatten: - Aanlegniveau fundering, GLG, GHG, maaiveld oorspronkelijk en toekomstig, hoek maaiveld, hoek fundering, POP; - Tot 18 funderingsafmetingen stroken en 18 afmetingen poeren; - Tot 11 bodemlagen, handmatig te selecteren uit een bibliotheek; - Tot 2 lagen grondverbetering, zoals puinlaag en zandlaag; - Tot 4 niveaus gronddekking; - Aanlegniveau fundering onder, op of boven actueel maaiveld; - Grondonstspanning ten gevolge van ontgraving; - Secundaire zettingen volgens de methode van Koppejan of Bjerrum; - Tijdsduur van zettingen (begin- en einddatum); - Verhoogde grensspanning of reductie van zettingen door belending of ontgraving; - Opgeven van belasting en gronddruk voor zettingsberekening; - Vloerafmeting, eigen gewicht vloer en 15 vloerbelastingen.

De uitvoer van IV-Staal bevat een visuele weergave van de bodemopbouw en invoerparameters. Daarnaast worden draagkracht, gronddruk en zettingen weergegeven in tabellen en grafieken. Dit maakt het eenvoudiger om de resultaten te interpreteren en beslissingen te nemen over de constructie.

Conclusie

Zettingsberekening bij fundering op staal is een essentieel onderdeel van elk bouwproject. Het helpt bij het voorspellen van zettingen, het bepalen van het draagvermogen van de ondergrond en het ontwerpen van een stabiele fundering. De gebruikte methoden, zoals de Koppejan- en Bjerrum-methode, zijn bewezen in de praktijk en worden vaak gebruikt in combinatie met softwaretools zoals IV-Staal.

Een goed uitgevoerde constructieberekening is essentieel om veiligheidseisen en bouwvoorschrachten te voldoen en structurele problemen te voorkomen. Daarnaast is het belangrijk om rekening te houden met klimatologische factoren zoals vorst en droogte, evenals de toekomstige zettingen.

Bij het aanleggen van een fundering op staal is het belangrijk om ervaren constructeurs te betrekken. Zij kunnen een nauwkeurige berekening uitvoeren en advies geven over de optimale uitvoering van de fundering. Dit zorgt voor een langdurige stabiliteit van het gebouw en voorkomt structurele schade.