Laboratoriumproeven Tunnelsegmenten

Transcriptie

1 Laboratoriumproeven Tunnelsegmenten 28 juni 1996 dr.ir. D.A. Hordijk ir. F.B.J. Gijsbers CUR/COB Projectbureau Boortunnels Postbus AB Zoetermeer COB/K100-document : K100-W-026 TNO Bouw rapport : 96-CON-R0708/03

2 2

3 Titel en sub-titel: Laboratoriumproeven Tunnelsegmenten Datum rapport: Juni 1996 Schrijver(s): dr.ir. D.A. Hordijk, ir. F.B.J. Gijsbers Type rapport: Werkdocument Rapportnummer opdrachtnemer: 96-CON-R0708/03 Projectleider(s) opdrachtnemer: dr.ir. D.A. Hordijk COB/K100-document nummer: K100-W-026 Projectbegeleider opdrachtgever: ir. L.B.J. van Oldeniel Projectbegeleider opdrachtnemer: ir. F.B.J. Gijsbers Naam en adres opdrachtnemer: TNO-Bouw Postbus AA Delft Naam en adres opdrachtgever: Centrum Ondergronds Bouwen Postbus AK Gouda Opmerkingen: Samenvatting rapport: Het mechanisch gedrag van de voeg tussen tunnelsegmenten is experimenteel bepaald. Daartoe is een gedeelte van de voeg tussen tunnelsegmenten, die qua dimensionering overeen kwamen met de Tweede Heinenoordtunnel, in het laboratorium beproefd. Bij verschillende niveaus voor de normaalkracht in de voeg is de momenthoekverdraaiingsrelatie bepaald. De initiële rotatiestijfheid bleek afhankelijk te zijn van de aanwezige normaalkracht, hetgeen kan worden verklaard met het niet exact aanliggen van de voegvlakzijden. De invloed van de bout op de moment-hoekverdraaiingsrelaties was niet significant. Het mechanisch gedrag van de voeg bleek goed benaderd te kunnen worden met het model van Janßen. Relationele rapporten: Ring behaviour of a segmented lining; Predictions for the 2nd Heinenoord tunnel (rap.nr.: K100-W-022) Trefwoorden: Boortunnels, experiment, voeggedrag, rotatiestijfheid Verspreiding: COB-commissie K100 Classificatie: Intern COB-rapport Classificatie deze pagina: nee Aantal blz: 76 Prijs: Versie Datum Namens opdrachtnemer Paraaf Namens opdrachtgever Paraaf 3

4 concept 23/04/96 01/06/96 dr.ir. D.A. Hordijk drs. W. van Schelt definitief 28/06/96 dr.ir. D.A. Hordijk drs. W. van Schelt 4

5 5

6 Title and sub-title: Laboratory experiments Tunnel Lining Segments Date report: June 1996 Author(s): dr.ir. D.A. Hordijk, ir. F.B.J. Gijsbers Type report: Interim-report Reportnumber contractor: 96-CON-R0708/03 Project manager(s) contractor: dr.ir. D.A. Hordijk COB/K100-report number: K100-W-026 Project attendant principal: ir. L.B.J. van Oldeniel Project attendant contractor: ir. F.B.J. Gijsbers Name and address contractor: TNO-Bouw P.O. Box AA Delft The Netherlands Name and address principal: Centrum Ondergronds Bouwen P.O. Box AK Gouda The Netherlands Remarks: Summary of report: The mechanical behaviour of the joint between tunnel lining segments is experimentally determined. For that purpose a part of the joint between the tunnel lining segments, that were proportioned according tot the Second Heinenoord Tunnel, was tested in the laboratory. For different levels of normal force the moment- rotation relation was determined. It appeared that the initial rotational stiffness was dependent on the applied normal force, which could be explained by the fact that the surfaces of the joint were not in full contact. The influence of the bold on the moment-rotation relation was insignificant. The mechanical behaviour of the joint could reasonably well be approximated by the model of Janßen. Relational reports: Ring behaviour of a segmented lining; Predictions for the 2nd Heinenoord tunnel (rap.nr.: K100-W-022) Keywords: Bored tunnels, experiment, joint behaviour, rotational stiffness Distribution: COB-committee K 100 Classification: Internal COB-report Classification this page: no Number of pages: 76 Price: Version Date On behalf of contractor Initials On behalf of principal Initials draft 23/04/96 01/06/96 dr.ir. D.A. Hordijk drs. W. van Schelt 6

7 final 28/06/96 dr.ir. D.A. Hordijk drs. W. van Schelt Auteursrechten Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of op enig andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de CUR/COB. Het is toegestaan overeenkomstig artikel 15a Auteurswet 1912 gegevens uit deze uitgave te citeren in artikelen, scripties en boeken, mits de bron op duidelijke wijze wordt vermeld, alsmede de aanduiding van de maker, indien deze in de bron voorkomt. " Rapport K100-W-026 Laboratoriumproeven Tunnelsegmenten, juni 1996, CUR/COB, Gouda." Aansprakelijkheid CUR/COB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het samenstellen van deze uitgave. Nochtans moet de mogelijkheid niet worden uitgesloten dat er toch fouten en onvolledigheden in deze uitgave voorkomen. Ieder gebruik van deze uitgave en gegevens daaruit is geheel voor eigen risico van de gebruiker en CUR/COB sluit, mede ten behoeve van al diegenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze uitgave en de daarin opgenomen gegevens, tenzij de schade mocht voortvloeien uit opzet of grove schuld zijdens CUR/COB en/of degenen die aan deze uitgave hebben meegewerkt. 7

8 VOORWOORD Kennis en ervaring op het gebied van ondergronds bouwen in zachte grond is belangrijk als Nederland de actualiteit wil volgen en de (inter)nationale positie van de Nederlandse ontwerpers en bouwers wil handhaven. Door een breed forum van partijen uit bedrijfsleven, overheid en kennisinstituten is in 1994 het Impulsprogramma Kennisinfrastructuur Ondergronds Bouwen opgesteld. Het doel van dit Impulsprogramma is te komen tot een duurzame versterking van de kennisinfrastructuur. De kern van deze kennisinfrastructuur vormt het Centrum Ondergronds Bouwen (COB), dat onderzoek en ontwikkelingen op het gebied van ondergronds bouwen initieert en coördineert. COB maakt gebruik van de werkwijze en infrastructuur van het Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving (CUR) te Gouda. De activiteiten van het COB worden uitgevoerd onder de noemer CUR/COB. Een leerstoel "Ondergronds Bouwen" aan de TU Delft is nauw gelieerd aan het COB. In CUR/COB participeert een breed scala aan bedrijven, branche-organisaties, onderzoeksinstellingen, wetenschappelijke instituten en overheden. Via een bijdrage van de Interdepartementale Commissie voor het Economisch Structuurbeleid (ICES) in het Impulsprogramma stimuleert de overheid de totstandkoming van deze kennisinfrastructuur. Het onderzoek en ontwikkelingswerk van CUR/COB worden verricht in het kader van een omvattend uitvoeringsprogramma. Dit uitvoeringsprogramma kent in eerste instantie vier thema's, te weten "Boren in zachte grond", "Verkennen, voorspellen en monitoren", "Economische tunnelbouw" en "Construeren, beheren en onderhouden". De thema's worden ingevuld met uit te voeren onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten. Een belangrijk project binnen het eerste thema is het "Praktijkonderzoek Boortunnels" (CUR/COBuitvoeringscommissie K 100). De kern van dit project bestaat uit een intensieve monitoring van de twee Praktijkprojecten Boortunnels, de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. Door middel van deze monitoring worden bestaand instrumentarium voor verkenning van de ondergrond en voorspellingsmodellen voor het gedrag van constructie en grond getoetst. Voorliggend werkdocument "Laboratoriumproeven Tunnelsegmenten" is onder verantwoordelijkheid van deze commissie tot stand gekomen en moet gezien worden als uitvoeringsonderdeel van het predictieplan. Het rapport beschrijft de experimenten die, ten behoeve van de predicties, zijn uitgevoerd met het doel het mechanisch gedrag van de voeg tussen de tunnelsegmenten vast te leggen en bespreekt de resultaten daarvan. 8

9 De samenstelling van de commissie, die dit rapport heeft voorbereid, was: ir. K.J. Bakker, voorzitter drs. W. van Schelt, secretaris ir. P.H.J. Ackermans dr.ir. P. van den Berg ir. J.P.M. Bol ing. H.J. Hagen ing. H. de Kruijff ing. A. van de Meent ir. H.C. Peerdeman ing. A.A. Proper dr.ir. A. Pruijssers ir. P. van Putten ir. S.F. de Ronde ir. L.E.B. Saathof ir. E.A.H. Teunissen ing. R.W.P. Uitermarkt ing. P.H. Verheijen ir. H.J. Vos prof.dr.ir. J.F. Agema, mentor CUR ir. J.N. Altenburg, coördinator COB Samenstelling van Projectbureau Boortunnels: ir. K.J. Bakker ir. W.F.J. de Jager ir. P.S. Jovanovic ir. A.J.M. Kösters ing. E.A. Kwast ir. L.B.J. van Oldeniel ir. J.W. Plekkenpol drs. W. van Schelt Projectbureau Boortunnels, juni

10 INHOUD SAMENVATTING...11 SUMMARY...12 Hoofdstuk 1 INLEIDING Hoofdstuk 2 DOEL EN ACHTERGRONDINFORMATIE Doel Geometrie van de tunnel Voegbelastingen in de tunnel Hoofdstuk 3 PROEFOPZET Inleiding Proefstukken Proefstukafmetingen Beton Wapening Bekisting en maattoleranties Boutverbinding Proefprogramma Proefopstelling Metingen Hoofdstuk 4 EXPERIMENTELE RESULTATEN Algemeen Betoneigenschappen Uitgebreide analyse van proef B Proefuitvoering Vervormingen ten gevolge van normaalkracht Moment-hoekverdraaiingsrelaties Boutkracht Bezwijkbeeld Resultaten van verschillende proeven vergeleken Speling in de voeg Normaalkracht-vervormingsrelaties Bezwijkbeelden Moment-hoekverdraaiingsrelaties Inleiding Theoretisch model voor lineair elastisch materiaalgedrag M-_ relaties

11 Hoofdstuk 5 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN...46 Bijlage A PPROEFSTUKGEGEVENS...47 Bijlage B Bijlage C Bijlage D BETONEIGENSCHAPPEN...53 MOMENT-HOEKVERDRAAIINGSRELATIES...59 FOTO S...68 LITERATUUR

12 SAMENVATTING In het kader van Praktijkonderzoek Boortunnels (K 100) is, ten behoeve van de uitvoering van predicties van het gedrag van de Tweede Heinenoordtunnel, experimenteel onderzoek verricht naar het gedrag van de voegen tussen de segmenten. Het onderzoek is met name gericht geweest op het vaststellen van de moment-normaalkracht-hoekverdraaiingskarakteristiek van de ring- en langsvoegen, waarbij tevens de invloed van de bout is onderzocht. Uitgaande van de situatie in de Tweede Heinenoordtunnel zijn proefstukken vervaardigd, die op ware grootte een gedeelte van de voegconstructie tussen de segmenten representeren. Ten opzichte van de werkelijke situatie zijn slechts onbelangrijke aanpassingen aangebracht. Verder is gekozen voor een zodanige voegvlakafmeting, dat met de experimenten tegelijkertijd zowel informatie voor de ring- als voor de langsvoegen wordt verkregen. Op basis van de belastingen, die in de praktijk kunnen optreden, is er voor gekozen om moment-hoekverdraaiingsrelaties te bepalen voor een normaalkracht in de voeg die respectievelijk gelijk is aan 0,2 kn/mm, 0,9 kn/mm, 1,6 kn/mm, 2,3 kn/mm en 3,0 kn/mm. Omdat de kubusdruksterkte van het toegepaste beton belangrijk hoger bleek te zijn dan de minimale waarde behorend bij betonsterkteklasse B45, is daaraan het normaalkrachtniveau van 4,4 kn/mm toegevoegd. Het onderzoek is uitgevoerd bij TNO Bouw en de proefstukken zijn vervaardigd door Beton Son BV. Voor het onderzoek is een opstelling ontworpen, waarmee het mogelijk was om een moment in de voeg te variëren, terwijl tegelijkertijd de normaalkracht in de voeg constant werd gehouden. In totaal zijn vier proefstukken gebruikt, waarmee de invloed van de aanwezigheid van de bout en de buigingsrichting als variabelen zijn onderzocht. Naast het vastleggen van de moment-hoekverdraaiingsrelaties voor verschillende niveaus van de normaalkracht en het vastleggen van het normaalkracht-vervormingsgedrag, zijn ook de boutkrachten geregistreerd. De belangrijkste conclusies op basis van de verkregen resultaten zijn: De initiële rotatiestijfheid van de voeg is afhankelijk van de in de voeg aanwezige normaalkracht, hetgeen het gevolg is van het niet exact aansluiten van de voegvlakken. De rotatiestijfheid van de voeg neemt toe met een toename van de normaalkracht. De invloed van het al dan niet aanwezig zijn van een bout op de M-_ relatie is niet significant en neemt af met een toename van de normaalkracht. De M-_ relaties als functie van de normaalkracht kunnen redelijk goed worden benaderd met het theoretisch model van Janßen [8]. De eerste scheurvorming (splijtscheur) trad op bij een dusdanig hoog belastingniveau dat kan worden gesteld dat de sterkte van de voeg voldoende is voor de praktijksituatie bij de opgegeven normaalkrachtniveaus. Gezien de invloed van het niet exact aanliggen van de voegvlakzijden op het gedrag van de voeg, wordt nader onderzoek naar de invloed van de grootte van de ongelijkmatigheden op het voeggedrag aanbevolen, waarbij ook nader gekeken zal dienen te worden naar de praktijksituatie met betrekking tot dit aspect. 12

13 SUMMARY In relation to Praktijkonderzoek Boortunnels and to verify input data for predictions of the behaviour of the Second Heinenoord Tunnel, an experimental investigation into the behaviour of the joints between the lining segments is performed. The main aim was the determine the momentrotation characteristic for different levels of normal force and for both types of joints, while also the influence of the presence of the bold was investigated. Based on the situation in the Second Heinenoord Tunnel specimens were made representing a part of a joint and the surrounding segments on a full scale. Compared to the real structure only minor adaptions were made. Furthermore, the dimensions of the joint surfaces were chosen in such a way that the experiments yielded information for both, longitudinal and transversal, joints. Based on the loads that may occur in practice, it was chosen to determine the relation between moment and rotation for the following levels of normal force: 0.2 kn/mm, 0.9 kn/mm, 1.6 kn/mm, 2.3 kn/mm en 3.0 kn/mm. Since the compressive strength of the concrete in the test specimens was higher than the minimum compressive strength required for concrete class B45, the stress level of 4.4 kn/mm was later on added. The experiments were performed at TNO Building and Construction Research and the specimens were manufacured by Beton Son BV. For the investigation a test rig was specially designed, in which it was possible to vary a moment, while the normal force in the joint was kept constant. In total four specimens were used, while the presence of a bold and the direction of the applied moment were used as variables. Besides the determination of the moment-rotation relation for different levels of normal force and the determination of the normal force-deformation relation, also the forces in the bold were monitored. The most important conclusions are: The initial rotational stiffness of the joint is dependent of the normal force in the joint, which is the result of the fact that the joint surfaces are not fully in contact due to surface irregularities. The rotational stiffness increases with an increase of the normal force. The influence of the bold on the moment-rotation relation is not significant and decreases with an increase of normal force. The moment-rotation relation as a function of normal force can reasonably well be described with the theoretical model of Janßen [8]. Since the first cracks (splitting cracks) appeared at a very high load level, it can be stated that the strength of the joint is sufficient for the situation in practice and for the specified normal force levels. Since the behaviour in the joint depends on the irregulaties in the joint, it is proposed to further study the influence of the size of the irregulaties on this joint behaviour and to relate this with the situation that may occur in practice. 13

14 HOOFDSTUK 1 INLEIDING In het kader van het Praktijkonderzoek Boortunnels (K 100) is een onderzoekprogramma geformuleerd, waarin onder andere processen, die zich afspelen in de nabijheid van een tunnelboorproces, gemonitoord worden. K 100 heeft een Instrumentatie- en Meetplan opgesteld, waarin de te monitoren processen nader zijn gedefinieerd. Teneinde de te monitoren processen goed te kunnen interpreteren, worden voor alle gemonitoorde processen met behulp van bestaande modellen predicties gemaakt. De predicties zijn beschreven in het Predictieplan van K 100 en geclusterd naar categorie. Ten behoeve van de uitvoering van de predicties onder cluster 7, waarbij met numerieke modellen het gedrag van de tunnel wordt gesimuleerd, was er behoefte aan aanvullende informatie met betrekking tot het voeg-interactie-gedrag tussen de segmenten. Met name de moment-normaalkrachthoekverdraaiingskarakteristiek van de ring- en langsvoegen van de tunnelsegmenten (met en zonder bout) diende vastgelegd te worden. Daarvoor is een experimenteel onderzoek gedefinieerd, zoals omschreven in de offerte-aanvraag Laboratoriumproeven tunnelsegmenten [1]. De predicties, die worden uitgevoerd, hebben betrekking op de Tweede Heinenoordtunnel. Het laboratoriumonderzoek is om die reden ook zoveel mogelijk afgestemd op de situatie in de Tweede Heinenoordtunnel. Het onderzoek naar het gedrag van de voeg tussen de tunnelsegmenten (opdrachtnummer C085) is uitgevoerd bij TNO Bouw. Beton Son BV heeft als onderaannemer de proefstukken voor het onderzoek vervaardigd. Het onderhavige rapport beschrijft de uitgevoerde proeven en de daarmee verkregen resultaten. In Hoofdstuk 2 wordt eerst nader ingegaan op het doel van het onderzoek en de daarbij gehanteerde uitgangspunten. Vervolgens wordt de gekozen proefopzet in Hoofdstuk 3 besproken, waarna een gedetailleerde beschrijving van de proefopstelling in Hoofdstuk 4 aan de orde komt. In Hoofdstuk 5 worden de resultaten van de proeven gepresenteerd en geanalyseerd, waarna het rapport wordt afgesloten met conclusies in Hoofdstuk 6. 14

15 15

16 HOOFDSTUK 2 DOEL EN ACHTERGRONDINFORMATIE 2.1 Doel De tunnelelementen en de verbindingen daartussen worden belast door normaalkrachten, dwarskrachten en buigende momenten. De krachtsverdeling wordt ondermeer bepaald door de eigenschappen van de verbindingen tussen de elementen. Om met drie-dimensionale numerieke modellen de krachtswerking in de tunnelconstructie te kunnen analyseren, moet informatie beschikbaar zijn over de relatie tussen het buigende moment en de rotatie ter plaatse van de voegen tussen de elementen. De doelstelling van de laboratoriumproeven kan als volgt worden geformuleerd: Het ten behoeve van het numerieke onderzoek inzicht verkrijgen in de momentnormaalkracht-hoekverdraaiingskarakteristiek van de ring- en langsvoegen van de tunnelsegmenten, met en zonder bouten. Voor het verkrijgen van het inzicht in de genoemde karakteristieken zijn een aantal proeven uitgevoerd, waarbij verschillende metingen zijn uitgevoerd. Navolgend wordt nader ingegaan op een aantal zaken met betrekking tot de gekozen proeven, belastingpaden en metingen en de motivatie daarvoor. Omdat de moment-hoekverdraaiingsrelaties afhankelijk zijn van de grootte van de normaalkracht in de voeg, zijn zij vastgesteld voor verschillende niveaus van de normaalkracht. Behalve de hoekverdraaiing is ook de indrukking, die ter plaatse van de voeg optreedt, geregistreerd. Aangezien de voegen al dan niet voorzien kunnen zijn van een boutverbinding, zijn de momenthoekverdraaiings-relaties bepaald voor zowel voegen met boutverbinding als voor voegen zonder boutverbinding. In de proeven zijn ook de krachten, die in de bout optreden, gemeten. Een eventuele invloed van de door de voeg overgebrachte dwarskracht is in dit onderzoek niet onderzocht. Evenmin is het effect van zijdelingse opsluiting van de voeg onderzocht. Een dergelijke opsluiting, die het gevolg is van een drukspanning in de langsrichting van de tunnel, kan in de praktijk optreden en heeft dan als effect dat de momentcapaciteit van de voeg toeneemt. Bij lage waarden van de drukspanningen in de langsrichting is dit effect waarschijnlijk niet significant. Voor de in het onderzoek toe te passen proefstukken en aan te houden belastingen is, voor zover mogelijk en relevant is, uitgegaan worden van de situatie, zoals die in de Tweede Heinenoordtunnel aanwezig is. Daarom wordt in 2.2 en 2.3 eerst ingegaan op de situatie bij de Tweede Heinenoordtunnel voor zover dit, respectievelijk, de geometrie en de voegbelastingen betreft. 2.2 Geometrie van de tunnel De tunnel heeft een cirkelvormige doorsnede, waarvan de inwendige diameter 7600 mm bedraagt en de wanddikte 350 mm is. De tunnel wordt opgebouwd uit ringen met een afmeting van 1500 mm 16

17 in de langsrichting van de tunnel. De voegen tussen deze ringen worden aangeduid als ringvoegen. Elke ring is opgebouwd uit vijf segmenten met een lengte van 3568 mm, gemeten in de omtreksrichting ter plaatse van het midden van de wanddikte, twee segmenten met een iets kleinere lengte en een tussengelegen sluitstuk. De voegen tussen de segmenten in een ring worden aangeduid als langsvoegen. De langsvoegen in twee opeenvolgende ringen worden verspringend gepositioneerd ( halfsteens verband ). De ringvoegen en de langsvoegen verschillen van elkaar voor wat betreft de detaillering van de voeg. Het contactvlak in de voegen wordt gevormd door nokken op het element aan één zijde van de voeg. Bij de ringvoegen is de breedte van deze nokken 160 mm. De nokken in de ringvoeg zijn niet over de gehele lengte aanwezig, maar over 77% daarvan. De breedte van de nokken in de langsvoegen is 156 mm. Deze nokken zijn over 93% van de lengte van de langsvoeg aanwezig. De segmenten worden aan elkaar verbonden door middel van boutverbindingen. De bouten hebben uitsluitend een functie tijdens de montage en gedurende een korte periode daarna. Vervolgens worden de bouten verwijderd. 2.3 Voegbelastingen in de tunnel Met betrekking tot de grootte van de voegbelastingen in, respectievelijk, de ringvoegen en de langsvoegen, is uitgegaan van de navolgende informatie. Ringvoegen De ringvoegen worden voornamelijk op normaalkracht belast. Tijdens de aanleg van de tunnel treden de hoogste waarden op, namelijk tot een piekbelasting van kn voor de gehele ringvoeg. Deze belasting is afkomstig van de vijzels. De bedrijfsbelasting die door de vijzels wordt uitgeoefend, bedraagt kn. De genoemde belastingen komen overeen met een normaalkracht in de ringvoeg van 2,2 kn/mm (piekbelasting) en 1,4 kn/mm (bedrijfsbelasting) over de lengte van de voeg. Omdat de nokken in de voeg over 77% van de volledige voeglengte aanwezig zijn, is de belasting op de nok hoger, namelijk respectievelijk 2,9 kn/mm en 1,8 kn/mm. In latere fasen is de normaalkracht kleiner. Deze wordt dan met name bepaald door de blijvende axiale belasting op de ring, in combinatie met lokale normaalkrachtvariaties door buigende momenten op de tunneldoorsnede als gevolg van de liggerwerking van de tunnel. Over de grootte van de blijvende normaalkracht en van lokale momenten op de ringvoegen was ten tijde dat het onderhavige onderzoek is uitgevoerd, geen informatie beschikbaar. Uitgaande van de feitelijke voegconstructie kan de normaalkracht geen grotere excentriciteit hebben dan die waarbij deze op de rand van de nok in de verbinding staat. De excentriciteit is dan 80 mm, zodat het maximale buigende moment 2,9 * 80 = 232 knmm/mm bedraagt. Langsvoegen De normaalkracht in de langsvoegen kan oplopen tot 1,75 kn/mm. De grootte van de momenten bij volledige samenwerking (oneindig stijve voeg) bedraagt maximaal 110 knmm/mm. Omdat de nok in de voeg over 93% van de voeglengte aanwezig is, is de belasting op de nok hoger, namelijk 1,9 kn/mm. Uitgaande van de feitelijke voegconstructie kan de normaalkracht geen grotere excentriciteit hebben dan die waarbij deze op de rand van de nok in de verbinding staat. De excentriciteit is dan 78 mm, zodat het maximale buigende moment 1,9 x 78 = 148 knmm/mm bedraagt. 17

18 HOOFDSTUK 3 PROEFOPZET 3.1 Inleiding Het beproevingsprogramma is opgesteld op basis van de offerte-aanvraag van CUR/COB [1] en de informatie op de volgende vormtekeningen van de tunnelelementen (alle gedateerd ) [2]: T-THT-BT-V001 T-THT-BT-V002 T-THT-BT-V004 T-THT-BT-V005 T-THT-BT-V011 T-THT-BT-V012 T-THT-BT-V104 Overzicht Detail ringvoeg en langsvoeg Detail langsbevestiging (ringvoeg) Detail ringbevestiging (langsvoeg) Samenstellingstekening Toleranties segmenten Rechte ring segment A1 t/m A5 Verder is gebruik gemaakt van informatie verstrekt door de uitvoerders van de predicties, de ontwerpers van de Tweede Heinenoordtunnel en door het Projectbureau Boortunnels (PBBT). Opgemerkt kan worden dat de beschrijving in de offerte-aanvraag [1] was opgesteld voordat de informatie over de detaillering van de tunnelelementen beschikbaar was. Dat heeft er toe geleid dat, na overleg met het Projectbureau Boortunnels, bij de uiteindelijke proefuitvoering op een aantal punten is afgeweken van de beschrijving in de offerte-aanvraag [1]. 3.2 Proefstukken Proefstukafmetingen Een principe schets van het proefstuk is in figuur 1 weergegeven. Overeenkomstig de offerteaanvraag zijn proefstukken uitgevoerd als vlakke plaat (dus zonder de kromming die in de tunnelwand aanwezig is). In bijlage A zijn de proefstukafmetingen in detail weergegeven. Eén van de uitgangspunten van het experimentele onderzoek was dat de proeven op ware grootte uitgevoerd zouden worden. Daartoe diende de dikte van de proefstukken gelijk te zijn aan de tunnelwanddikte (350 mm). In de voegen is in werkelijkheid een afdichting van elastisch materiaal voorzien. Op grond van door het Projectbureau Boortunnels verstrekte informatie is vastgesteld dat de aanwezigheid van deze afdichting een verwaarloosbare invloed (orde van grootte van 1%) heeft op de moment-hoekverdraaiingsrelatie. Om die reden zijn de afdichting en de daarvoor benodigde sparingen niet in de proefstukken aangebracht. Omdat in de detaillering van de langs- en de ringvoeg alleen een verschil aanwezig is voor wat betreft de breedte van het contactvlak (respectievelijk 156 mm en 160 mm), is er voor gekozen om de proeven op slechts één proefstukvorm uit te voeren. De breedte van de nok die daarvoor is gekozen, is gelijk aan de gemiddelde waarde voor de nokbreedte in de beide voegtypen, 158 mm. De afwijking ten opzichte van de werkelijke afmeting van de nok is minder dan 1%, hetgeen verwaarloosbaar is. 18

19 25 o maten in mm Fig. 1. Schematische weergave van de proefstukken (het bovenste deel wordt aangeduidt met elementtype V en het onderste deel met elementtype N ; zie bijlage A). De gekozen proefstukbreedte (= voeglengte) bedraagt 500 mm, hetgeen overeenkomt met éénderde van de lengte van de langsvoeg. Deze keuze is gemaakt om enerzijds de beproevingsopstelling niet onnodig zwaar te maken, terwijl anderzijds de breedte van het proefstuk niet te ver mag worden gereduceerd, omdat dan de werking van de boutverbinding ongunstig kan worden beïnvloed door een te kleine randafstand. De grootte van het contactvlak is bij de gekozen proefstukafmeting gelijk aan 158 x 500 mm 2. De boutverbinding is in het midden van de breedte van de proefstukken aangebracht. De lengte van de proefstukken is gekozen op basis van de wijze van beproeven en de aanwezigheid van de boutverbinding. Als gevolg van vervorming van het proefstuk door belasten, neemt de excentriciteit van de normaalkracht toe, waardoor als tweede orde effect additionele buigende momenten en vervormingen optreden. Om de tweede orde effecten beperkt te houden, is een kleine lengte van het proefstuk wenselijk. Door de aanwezigheid van de boutverbinding, echter, mag de lengte ook weer niet te klein zijn. Gekozen is voor een lengte van 600 mm aan weerszijden van het contactvlak, hetgeen resulteert in een totale proefstuklengte van 1200 mm Beton De in de tunnel toe te passen betonsterkteklasse is B45. Dit betekent dat de karakteristieke kubusdruksterkte van het beton ten minste gelijk is aan 45 N/mm 2. De gemiddelde kubusdruksterkte, die daarbij hoort, is afhankelijk van de spreiding in de druksterkte. Meestal wordt voor het verschil tussen de karakteristieke en gemiddelde waarde voor de druksterkte een waarde van ongeveer 8 N/mm 2 aangehouden [3,4]. In het onderzoek is in eerste instantie uitgegaan van een 19

20 gemiddelde kubusdruksterkte van 50 à 55 N/mm 2 bij een ouderdom van 28 dagen. De proefstukken zijn vervaardigd door Beton Son B.V. te Son. Omdat over het algemeen een hogere sterkte dan B45 wordt bereikt met het beton dat voor de prefabelementen wordt gebruikt, is speciaal voor dit onderzoek een betonsamenstelling gekozen. De gekozen betonsamenstelling is in tabel 1 weergegeven. Daarbij is voor de water-cementfactor een waarde van 0,55 aangehouden, hetgeen de maximale toegestane waarde is voor milieuklasse 2 [4]. Zoals uit de rapportage van de resultaten van kubusdrukproeven in het vervolg van dit rapport blijkt, werd met de gekozen betonsamenstelling een gemiddelde kubusdruksterkte van ongeveer 70 N/mm 2 bereikt. Dit is significant hoger dan de beoogde waarde van 50 à 55 N/mm 2. Met dit verschil is rekening gehouden bij de keuze van het belastingniveau in de proeven (zie 3.3). Tabel 1. Toegepaste betonsamenstelling Portlandcement 52,5 R (kg/m 3 ) zand 0-4 mm (kg/m 3 ) grind 3-12 mm (kg/m 3 ) grind 4-32 mm (kg/m 3 ) water (kg/m 3 ) korrelverdeling (zie fig. 2) A-B gebied water-cement faktor 0,55 cumulatieve zeefrest %(V/V) C B A 125 m 500 m 1mm 2mm C4 C8 C16 C31,5 250 m Zeven volgens NEN 2560: 1980 Fig. 2. Korrelverdeling voor de toegepaste betonsamenstelling Voor het bepalen van de eigenschappen van het beton zijn tegelijkertijd met de vervaardiging van de proefstukken 12 kubussen (ribbe 150 mm) en 3 prisma s (100 mm x 100 mm x 400 mm)

21 vervaardigd. Daarvan zijn 6 kubussen gebruikt voor het vaststellen van de druksterkteontwikkeling (druksterkte bij 7, 14 en 21 dagen) en zes kubussen voor het bepalen van de druksterkte en splijttreksterkte ten tijde van de beproeving van de tunnelsegmenten. De prisma s zijn gebruikt voor de bepaling van de elasticiteitsmodulus op het moment van beproeving van de tunnelsegmenten. In totaal zijn voor vier proeven betonelementen vervaardigd, waarbij het proefstuk voor één proef bestaat uit twee delen (zie fig. 1). De proefstukken zijn aangeduid met TEST, A, B en C, zoals bij de bespreking van het proefprogramma in 3.3 nader zal worden toegelicht. De stortdata van de verschillende proefstukken staan vermeld in tabel 2. De proefstukken en de begeleidende kubussen en prisma s zijn vijf dagen na het storten bij TNO Bouw afgeleverd. Tabel 2. Stortdata. proefstuk stortdatum TEST 15 februari 1996 A 22 februari 1996 B 29 februari 1996 C 7 maart Wapening Uitgaande van tekeningnummer T-THT-BT-W306-rev.1a, betreffende Rechtse ring - Segment A4-R, is de wapening voor de proefstukken gedetailleerd. In bijlage A is gedetailleerde informatie betreffende de wapening opgenomen. Foto D1 in bijlage D toont de toegepaste wapening Bekisting en maattoleranties Met betrekking tot de toleranties op de maatvoering van de proefstukken is uitgegaan van de toleranties, zoals die zijn aangegeven in tabel 3. Teneinde te kunnen voldoen aan de gestelde maattoleranties, is een stalen bekisting gebruikt, die is opgebouwd uit geslepen stalen platen van voldoende stijfheid. Op de foto s D2 en D3 wordt de toegepaste bekisting getoond. Na het vervaardigen van de proefstukken zijn de verschillende afmetingen gecontroleerd. Enkele essentiële resultaten daarvan zijn opgenomen in tabel 4. Bij de proefstukken A, B en C valt de breedte van het contactvlak buiten de tolerantie. Omdat het verschil verwaarloosbaar klein is, zijn de proefstukken wel gebruikt Boutverbinding Ten behoeve van de voegverbinding zijn in de elementen type N kunststofdeuvels toegepast. De bouten en de kunststofdeuvels (zie foto D4 in bijlage D) die zijn gebruikt, zijn aangeleverd door het Projectbureau Boortunnels. Betreffende de bouten, die ook in de Tweede Heinenoordtunnel zullen 21

22 worden toegepast, wordt hier volstaan met de navolgende informatie. Het zijn bouten M24 van de staalsoort 4.6 (DIN 267 T3) met een diameter ter plaatse van het draadeind gelijk aan 16 mm. Dit resulteert in een vloeikracht van 48 kn. Tabel 3. Maattoleranties voor de proefstukken onderdeel van het proefstuk 1) vlakheid van de voegvlakzijde vlakheid stortvlak vlakheid overige vlakken posities van de ribben posities ribben in het stortvlak in de dikte-richting posities en afmetingen van in te storten onderelen en sparingen tolerantie ± 0,2 mm ± 1,0 mm ± 0,5 mm ± 0,5 mm ± 1,0 mm ± 0,5 mm 1) bovenzijde van het proefstuk is het stortvlak Tabel 4. Gemeten voegvlakheid en contactvlakbreedte. proefstuk afwijking in de voegvlakheid breedte contactvlak TEST 0,1 mm 158,0 mm A 0,1 mm 157,2 mm B 0,15 mm 157,4 mm C 0,1 mm 157,3 mm Omtrent de kracht, waarmee de bouten aangedraaid dienen te worden, is navraag gedaan bij de ontwerpers en de praktijkmensen. Daaruit kwam naar voren dat, hoewel vroeger wel een aandraaikracht was voorgeschreven, de huidige praktijk is dat de bouten met een luchttol aangedraaid worden tot de bout aanligt. Indien een aandraaimoment aangehouden wordt dan zou men daarvoor bijvoorbeeld een moment van 0,32 knm aan kunnen houden. Bij de proeven is minimaal een geregistreerd moment van 0,20 knm aangebracht. Het vergroten van de trekkracht in de bout (die is gemeten) door het aanbrengen van een groter moment bleek ook niet goed mogelijk. Ten eerste omdat de bout met een moment van 0,20 knm al strak aanlag en een aanzienlijk extra moment nodig was om deze nog verder aan te draaien en ten tweede omdat door mogelijk slip of tijdsafhankelijke vervorming van de kunststofdeuvel en/of een toegepaste kunststofring bij de kop van de bout, een extra aandraaien op een gegeven moment niet leidde tot een verhoging van de trekkracht in de bout. 22

23 3.3 Proefprogramma Zoals in al is aangegeven, is bij de experimenten geen onderscheid gemaakt tussen de ring- en langsvoeg. Het voegtype is daarmee geen parameter in het experimentele onderzoek. De resultaten van de experimenten kunnen worden gebruikt voor beide voegtypen. Het al dan niet aanwezig zijn van de boutverbinding in de voeg is wel een parameter. Gegeven de detaillering van de voeg met de boutverbinding (zie fig. 1 en bijlage A), is voor de situatie dat de boutverbinding in de voeg aanwezig is, de buigingsrichting ook in het onderzoek meegenomen. Verder is het normaalkrachtniveau een parameter. In het onderzoek zijn drie proeven (proefstukken A, B en C) gebruikt voor respectievelijk de situatie van een voeg zonder bout, een voeg met bout en buiging in negatieve richting en een voeg met bout en buiging in positieve richting. Wat in dit rapport wordt bedoeld met een positieve buigingsrichting is in figuur 2 aangegeven. Voor ieder van deze proefstukken is de moment-hoekverdraaiingsrelatie bij verschillende normaalkrachtniveaus bepaald. Verder is één extra proefstuk (aangeduid met TEST) vervaardigd, waarmee ervaring is opgedaan en een aantal verschillende belastingpaden zijn doorlopen. buitenzijde binnenzijde 23

24 Fig. 2. Definitie van positieve buigingsrichting en binnen- en buitenzijde in dit rapport. Met betrekking tot de niveaus van de normaalkracht, waarbij de moment-hoekverdraaiingsrelatie is bepaald, is in eerste instantie uitgegaan van een vijftal verschillende belastingniveaus. De belastingniveaus zijn in overleg met de uitvoerders van de predicties zodanig gekozen, dat de range van de te verwachten normaalkrachten in langs- en in ringvoegen goed is afgedekt. Dit leidde tot respectievelijk de volgende belastingniveaus: 0,2 kn/mm, 0,9 kn/mm, 1,6 kn/mm, 2,3 kn/mm en 3,0 kn/mm. Omdat enerzijds de druksterkte van het toegepaste beton hoger was dan de minimaal benodigde sterkte voor sterkteklasse B45 en anderzijds bij de genoemde belastingniveaus nog geen teken van bezwijken was waar te nemen (vooruitlopend op de presentatie van de resultaten in Hoofdstuk 4), is besloten nog een extra belastingniveau van 4,4 kn/mm toe te passen. Dat be-- lastingniveau is gekozen, omdat het maximaal haalbaar was met de gebruikte opstelling. Verder wordt met het normaalkrachtniveau van 4,4 kn/mm ten opzichte van 3,0 kn/mm een verhoging met een factor van ongeveer 1,5 wordt bereikt, hetgeen meer is dan de verhoging van de werkelijke betondruksterkte (ongeveer 70 N/mm 2 ) ten opzichte van de beoogde betondruksterkte (50 à 55 N/mm 2 ). Het voorgaande heeft geleid tot een proefprogramma, zoals dat in tabel 5 samengevat is weergegeven. Hoewel bij proef A, waarbij geen boutverbinding aanwezig is, de buigingsrichting geen invloed kan hebben, is bij dat proefstuk, zowel in positieve als negatieve buigingsrichting belast. Dat is gedaan om te onderzoeken of er mogelijk toch een ongewenste invloed van bijvoorbeeld onvolkomenheden in de proefopstelling, aanwezig is. Tabel 5. Overzicht van uitgevoerde proeven. Nummer Boutverbinding Buigingsrichting Normaalkrachtniveau TEST ja/nee positief/negatief diversen A1 A2 A3 A4 A5 A6 nee nee nee nee nee nee positief/negatief positief/negatief positief/negatief positief/negatief positief/negatief positief 0,2 kn/mm 0,9 kn/mm 1,6 kn/mm 2,3 kn/mm 3,0 kn/mm 4,4 kn/mm B1 B2 B3 B4 B5 B6 ja ja ja ja ja ja negatief negatief negatief negatief negatief negatief 0,2 kn/mm 0,9 kn/mm 1,6 kn/mm 2,3 kn/mm 3,0 kn/mm 4,4 kn/mm C1 C2 C3 ja ja ja positief positief positief 0,2 kn/mm 0,9 kn/mm 1,6 kn/mm 24

25 C4 C5 C6 ja ja ja positief positief positief 2,3 kn/mm 3,0 kn/mm 4,4 kn/mm In eerste instantie was het idee om in de onderdelen 1 tot en met 4 van de verschillende proeven (zie tabel 5) het moment zodanig te beperken dat in het elastische gebied wordt gebleven. Voor een gemiddelde kubusdruksterkte van 50 à 55 N/mm 2 zou daarvoor een grenswaarde van 40 N/mm 2 worden aangehouden voor de maximale berekende drukspanning in het contactvlak. In de laatste proef zou dan worden doorbelast tot bezwijken van het proefstuk. Op basis van de opgedane ervaringen met het eerste TEST-proefstuk, is besloten om niet een berekende maximale drukspanning aan te houden als maximum voor het moment, maar om een gekozen hoekverdraaiing aan te houden. De reden daarvoor is dat daarmee ook bij de hogere niveaus voor de normaalkracht een duidelijk beeld van de moment-hoekverdraaiingsrelatie, inclusief het afbuigen naar een horizontale tak, wordt verkregen. Dat bij de gekozen maximale hoekverdraaiing (ongeveer is daarvoor aangehouden) op basis van een lineaire spanningsverdeling een maximale drukspanning kan worden berekend, die hoger is dan de éénassige druksterkte van het beton, wordt niet bezwaarlijk geacht. Het feit dat tot aan de gekozen maximale belasting aan het beton geen enkele vorm van beschadiging was te constateren, heeft daarbij meegespeeld. 3.4 Proefopstelling Voor het aanbrengen van een normaalkracht in het proefstuk en het vervolgens belasten van het proefstuk met een moment, waarbij de normaalkracht constant wordt gehouden, is gekozen voor een systeem, waarbij met één grote vijzel centrisch een normaalkracht wordt geïntroduceerd, terwijl met een excentrich geplaatste kleinere vijzel een moment kan worden aangebracht. Een schematische weergave van het gekozen systeem is weergegeven in figuur 3. De kracht voor het aanbrengen van de normaalkracht wordt aangeduid met F N en de kracht voor het aanbrengen van het moment met F M. Met de proefstukbreedte gelijk aan 0,5 m is het moment aan de bovenzijde van het proefstuk (M boven ) gelijk aan 2 x 0,5 x F M knm/m. Het moment in de voeg (M voeg) is gelijk aan 0,5 M boven. 25

26 F M F N M boven (knm/m) = 2 * 0,5 * F M (kn) 500 mm voeg 600 mm 600 mm M voeg = 0,5 * M boven F N + F M Fig. 3. Schematische weergave van het belastingsysteem dat in de proefopstelling is toegepast en de bijbehorende momentenverdeling in het proefstuk. Met de gekozen proefopzet wordt in de voeg ook een dwarskracht overgebracht, zoals is te zien in figuur 3. Verwacht wordt dat dat geen significante invloed heeft op de moment-hoekverdraaiingsrelaties die worden gemeten. De horizontale kracht aan de bovenzijde van het proefstuk betekent wel dat in de opstelling een soort glij-oplegging moest worden toegepast. Teneinde de wrijving in die oplegging minimaal te laten zijn, is teflon als tussenlaag gebruikt, zoals in de schematische weergave van de opstelling in figuur 4 is te zien. Foto D5 in bijlage D toont de gebruikte opstelling. Daarin is te zien dat verschillende voorzieningen zijn getroffen om een eventueel doorslaan van het proefstuk, nadat de maximale excentriciteit is bereikt, te voorkomen. Voor het aanbrengen van de krachten F N en F M zijn vijzels gebruikt met een maximale capaciteit van respectievelijk 5000 kn en 350 kn. Het gebruikte belastingframe is ontworpen op een maximale capaciteit van 4000 kn. Bepalend voor het maximum van de kracht F N is niet de vijzel capaciteit, maar de gebruikte krachtopnemer. Dit betrof een 2000 kn krachtopnemer. Daar het verantwoord is om een dergelijke krachtopnemer tot maximaal 10% over te belasten, was de maximaal bereikbare normaalkracht gelijk aan 2200 kn, hetgeen overeenkomt met 4,4 kn/mm, zoals is aangegeven in tabel 5. De stuureenheden voor de beide vijzels zijn aan elkaar gekoppeld, zodanig dat bij het aanbrengen van een moment met de kracht F M, bij een zeker niveau voor de normaalkracht, F N, de kracht F N evenveel afneemt als de kracht F M toeneemt. Daarmee was het goed mogelijk om bij een constant niveau voor de normaalkracht het moment te variëren. Het functioneren van de opstelling is vooraf getest met een stalen profiel op de plaats van de betonnen proefstukken. Het bleek dat bij gekozen belastingniveaus voor normaalkracht en moment de juiste vervormingen op het profiel werden gemeten. 3.5 Metingen 26

27 In de proeven zijn drie krachten en een groot aantal vervormingen geregistreerd. De drie krachten betreffen de krachten, F N en F M, waarmee de normaalkracht en een moment worden aangebracht en de kracht in de bout, F bout. Voor de registratie van de vervormingen zijn inductieve opnemers gebruikt. Er is voor gekozen om de vervormingen over drie verschillende afstanden vast te leggen (zie fig. 5). Dit is direct over de voeg (meetlengte 50 mm), over een afstand van 600 mm en over de totale proefstuklengte (1200 mm). Voor de meetlengte 50 mm en 600 mm zijn vier opnemers (twee aan iedere zijde) gebruikt, waarmee naast de indrukking ook rotaties in twee verschillende richtingen kunnen worden gemeten. Voor de meting over de totale proefstuklengte (1200 mm) zijn twee opnemers gebruikt. Opgemerkt moet worden dat deze meting niet op het proefstuk is uitgevoerd, maar op de belastingplaten. Dit betekent dat extra vervormingen in de overgang van proefstuk naar belastingplaat, door een niet exact aansluiten van de proefstukvlakken op de staalplaten, ook in deze vervormingsmeting zijn meegenomen. 27

28 5000 kn vijzel 350 kn vijzel krachtopnemer 500 kn teflon krachtopnemer 2000 kn teflon 500 mm Fig. 4. Schematische weergave van de toegepaste proefopstelling. De opnemers zijn met metalen hulpstukken op het proefstuk geplaatst, waardoor de registratie op 10 mm buiten het betonoppervlak heeft plaatsgevonden. De afstand tussen de opnemers aan de binnenzijde en aan de buitenzijde (voor de meetlengte 50 mm en 600 mm) is daarmee gelijk aan

29 mm. Er is voor gekozen om de twee zijden van het proefstuk aan te duiden met binnenzijde en buitenzijde (zie fig. 2). De binnenzijde is de zijde waar de bout uit het beton steekt, hetgeen overeenkomt met de binnenzijde in de tunnel. De afstand tussen de opnemers aan de binnen- en buitenzijde voor de meetlengte 1200 mm (opnemers 9 en 10) was 710 mm. Met de opnemers 11 en 12 (zie fig. 5) is de uitbuiging van het proefstuk gemeten. Naast de vervormingsmetingen met de opnemers 1 tot en met 12 zijn nog een aantal metingen verricht, waarmee de verplaatsing van de belastingplaten ten opzichte van het belastingframe zijn vastgelegd. Resultaten van die metingen zijn gebruikt voor controle van de beproevingsomstandigheden en zullen in dit rapport verder niet worden gepresenteerd F M F N 9,10 5,6 7,8 F bout 1,2 3, ,12 maten in mm vooraanzicht zijaanzicht Fig. 5. Uitgevoerde metingen. 29

30 HOOFDSTUK 4 EXPERIMENTELE RESULTATEN 4.1 Algemeen In dit hoofdstuk worden de experimentele resultaten gepresenteerd en besproken. Eerst wordt in 4.2 ingegaan op de eigenschappen van het toegepaste beton, zoals die met de meegestorte kubussen en prisma s zijn vastgesteld. In 4.3 worden een aantal resultaten van één proef gepresenteerd. Dat wil zeggen dat ingegaan wordt op de verschillende vervormingsmetingen en hoe die zich ten opzichte van elkaar verhouden. In 4.4 en 4.5 wordt respectievelijk ingegaan op de vervorming ten gevolge van de normaalkracht en de moment-hoekverdraaiingsrelaties. Tenslotte volgen in 4.6 een aantal algemene beschouwingen ten aanzien van de meetresultaten. 4.2 Betoneigenschappen Met de kubussen en de prisma s die met de proefstukken zijn meegestort, zijn respectievelijk de druksterkte, de splijttreksterkte en de elasticiteitsmodulus van het beton bepaald. De afzonderlijke resultaten zijn opgenomen in bijlage B. Een samenvatting van de resultaten is opgenomen in tabel 6. De elasticiteitsmodulus is berekend uit de initiële helling van het kracht-verplaatsingsdiagram dat in de prismadrukproeven is gevonden. Dit is gedaan voor zowel de eerste maal van belasten als voor de situatie waarbij na een belastingwisseling (tot ongeveer 1/3 van de prismadruksterkte) opnieuw is belast. De waarde die is gevonden nadat eerst een belastingwisseling is uitgevoerd, is opgenomen in tabel 6. Tabel 6. Gemiddelde waarden voor de betoneigenschappen van de verschillende proefstukken op het moment van beproeven. TEST A B C gemiddeld ouderdom (dagen) kubusdruksterkte (N/mm 2 ) 66,0 70,5 69,0 74,2 69,9 splijttreksterkte (N/mm 2 ) 4,99 5,02 4,34 5,09 4,86 elasticiteitsmodulus 1) (N/mm 2 ) ) Elasticiteitsmodulus bepaald na belastingwisseling. 4.3 Uitgebreide analyse van proef B Alvorens de resultaten, die zijn gevonden met de verschillende proefstukken, te vergelijken, zal eerst aan de hand van een enigszins uitgebreidere analyse worden ingegaan op de proefuitvoering en het gedrag van een proefstuk tijdens beproeving, zoals dat op basis van de vele metingen kan worden gereproduceerd. Daarvoor worden de resultaten van proef B gebruikt. Dit is de proef met bout en een negatieve buigingsrichting. 30

31 4.3.1 Proefuitvoering Tijdens het inbouwen van het proefstuk is de onderste belastingplaat met stelbouten horizontaal gehouden. In die situatie zijn de proefstukdelen V en N (zie fig. A1 voor aanduidingen) in één keer in de opstelling geplaatst. Vervolgens is de bovenste belastingplaat naar beneden gelaten tot deze op het proefstuk rustte. Daarbij is het proefstuk zo goed mogelijk centrisch in lijn met de 5000 kn vijzel geplaatst. Nadat vervolgens de stelbouten aan de onderzijde werden losgedraaid, werd het belastingsysteem volgens figuur 3 verkregen. Bij de berekening van de normaalkracht is met het eigen gewicht van de verschillende onderdelen tussen de krachtopnemer en het proefstuk rekening gehouden. Nadat het proefstuk gereed was gemaakt voor beproeving, is gemeten welke speling tussen de twee proefstukhelften aanwezig was. Dat is gedaan op de vier hoekpunten. Voor proefstuk B werden op die hoekpunten tussenruimten van respectievelijk 0 mm, 0,1 mm, 0,15 mm en 0,35 mm gemeten. Nadat de bout was aangedraaid, werd de proef gestart. In wordt nader ingegaan op de tijdsafhankelijkheid van de boutkracht. In de proef zijn alle onderdelen (zie tabel 5) direct na elkaar uitgevoerd. Eerst is de normaalkracht F N in stappen opgehoogd tot een waarde van 0,2 kn/mm. Bij dat belastingniveau is vervolgens met de kracht F M een moment aangebracht. Ook daarbij is gewerkt met belastingstappen. Na iedere belastingstap is met de opnemers 1 tot en met 4 (zie fig. 5) de hoekverdraaiing ter plaatse van het contactvlak berekend. Als voor de hoekverdraaiing een waarde van ±0,004 wordt gevonden, is vervolgens in stappen het moment teruggebracht tot nul. Vanaf dat punt is de normaalkracht weer in stappen opgevoerd tot het volgende normaalkracht-niveau, waarbij de moment-hoekverdraaiingsrelatie is bepaald. Voor het aanbrengen van het moment is daarbij weer dezelfde procedure gevolgd. Dit proces is voortgezet tot en met het belastingniveau van 4,4 kn/mm. Bij het laatste normaalkrachtniveau, 4,4 kn/mm, bleek dat de capaciteit van de vijzel, waarmee het moment werd aangebracht, onvoldoende was om door te belasten tot bezwijken, dan wel kantelen, hetgeen de bedoeling was. Het maximale moment M voeg dat kon worden aangebracht lag in de orde van grootte van 175 knm/m. Dat was juist voldoende om bij een normaalkracht van 3,0 kn/mm een rotatie van ±0,004 (mm/mm) te bereiken. Om voor de normaalkracht van 4,4 kn/mm toch ook een complete M-_ relatie te kunnen registreren, is de volgende procedure gevolgd. Allereerst is belast tot een moment van 175 knm/m. Vervolgens is het proefstuk geheel ontlast en in totaal 40 mm excentrisch geplaatst, waardoor met de normaalkracht F N ook al een moment van 176 knm/m (= 4,4 kn/mm x 40 mm) werd geïntroduceerd. Daarmee was het wel mogelijk geworden om het benodigde moment aan te kunnen brengen Vervormingen ten gevolge van de normaalkracht In figuur 6 is voor de drie verschillende meetlengten de relatie tussen de gemiddelde vervorming en de normaalkracht weergegeven. Zowel de relatie voor belasten als voor ontlasten is daarbij opgenomen. Het verloop van de gemiddelde vervorming tijdens het op moment belasten is weggelaten. Uit figuur 6 kunnen de volgende aspecten naar voren worden gehaald: De vervorming over de meetlengte van 600 mm is weinig groter dan de vervorming direct over de voeg (meetlengte 50 mm). De totale vervorming over de 600 mm wordt dus voor het grootste 31