De toepassing van vezelwapening bij traditioneel funderingsherstel

Transcriptie

1 De toepassing van vezelwapening bij traditioneel funderingsherstel Afstudeerrapport Opgesteld door: Tom Godthelp Studentnummer: Opleiding: Bouwkunde Constructie Bedrijfsbegeleider: Docent-begeleider: B Piet Korse Lucie van der Vecht Datum:

2 Afstudeerrapport Hogeschool van Amsterdam Bouwkunde constructie Datum: Versie: DEFINITIEF Opgesteld door: Tom Godthelp Kossenland BJ Sint Pancras Begeleiders: Ing. P.G. Korse, Bouwadviesbureau Strackee BV Ing. L.A. van der Vecht, Hogeschool van Amsterdam Examinator: Ing. G.J. Bierlaagh, Hogeschool van Amsterdam

3 Voorwoord Voor u ligt het hoofdonderzoek van mijn afstudeerproject. Het afstudeerproject is mijn afsluitende project voor de opleiding bouwkunde constructie aan de Hogeschool van Amsterdam. Tijdens dit project heb ik onderzoek verricht naar de toepassing van vezelwapening bij traditioneel funderingsherstel. Specifiek is in dit onderzoek onderzocht of traditioneel funderingsherstel geoptimaliseerd kan worden door het combineren van vezelwapening met traditionele wapening in beton. Verschillende professionals van bedrijven en een docent hebben mij tijdens het afstuderen begeleid. Zonder hen had ik het project minder professioneel kunnen uitvoeren en was bijvoorbeeld niet mogelijk om enkele berekeningen te maken. Voor de begeleiding ben ik hen erg dankbaar. Mijn directe begeleider was Piet Korse van Bouwadviesbureau Strackee. Wekelijks had ik met hem overleg over de voortgang, kwaliteit, gaf hij tips, en heeft hij mijn stukken gecontroleerd. Bedankt hiervoor! Via deze weg wil ik ook de twee begeleiders bedanken die mij gedurende het hele afstudeertraject hebben begeleid. Dit zijn Anne Hoekstra (begeleider, Bekaert) en Lucie van der Vecht (docentbegeleider, HvA). Gedurende het hele afstudeerproject hebben zij mijn vragen beantwoord, advies gegeven en stukken gecontroleerd. Af en toe heb ik ook begeleiding of advies gekregen van de onderstaande professionals. Hen wil ik bedanken voor het volgende: Peter Hoekstra (BWT, A dam): Voor het toetsen van de berekening en de vergadering op kantoor. Johan Noordenbos (Mebin): Voor het geven van een rondleiding en het beantwoorden van vragen via de mail. Frans Seignette (Fugro): Voor het controleren van mijn gehele geotechnische berekening. Jeroen Smet (Bonar): Voor het beantwoorden van mijn vragen over kunststofvezels. Rob Krijt (Krijt en Zonen): Voor het opstellen van een wapeningsofferte. Roland Posthuma (Rotonde), Johan Doets (Albeton) en Erik Bruin (de Nijs): Voor de rondleiding bij de nieuwbouw van Albeton (betoncentrale). Met de oplevering van dit afstudeerproject sluit ik een tijdperk van vier jaar af op de hogeschool. Het is een leuke tijd geweest waarin ik veel heb geleerd. In deze tijd hebben mijn ouders mij waar nodig altijd gesteund en geholpen. Ook zorgden de avonden stappen met vrienden voor de nodige afleiding. Bedankt hiervoor! Volgend jaar ga ik op de TU/e een vervolg geven aan de studie over het mooie vak constructieleer. Tom Godthelp Sint Pancras, 18 juni

4 Inhoudsopgave hoofdonderzoek SAMENVATTING AFSTUDEERONDERZOEK 5 1. SAMENVATTING LITERATUURSTUDIE Staalvezelbeton Kunststofvezelwapening Beton Funderingsherstel Conclusies literatuuronderzoek Bibliografie VARIANTENSTUDIE Randvoorwaarden varianten Variant Variant Variant Uitvoering varianten en omgevingsvergunning variant Conclusies per variant en geotechniek Bibliografie variantenstudie MULTICRITERIA ANALYSE, CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Multicriteria analyse Conclusies Aanbevelingen 55 Bijlagen: Bijlagenrapport d.d Tekening V01 d.d Tekening V02 d.d Tekening V03 d.d

5 Samenvatting afstudeeronderzoek Brosse bouwmaterialen worden al eeuwenlang verstevigd met vezels. Aan leem en klei worden al vanaf dat de mens begon met bouwen vezels toegevoegd. De vezels zorgen dat het constructieve gedrag van deze materialen wordt verbeterd. Deze vezels bestonden en bestaan vaak uit stro. In de jaren 70 van de 20 e eeuw begon men met onderzoek naar de werking van staalvezels in beton. Ongeveer gelijktijdig met de ontwikkeling van de staalvezels werden nieuwe typen kunststoffen ontwikkeld. Met deze kunststoffen werd geprobeerd om beton te versterken en te wapenen. Dit resulteerde in de ontwikkeling van vele kunststofvezeltypen. Op veel plekken in Nederland bestaan de bovenlagen van de bodem uit veen en klei. Proefondervindelijk bleek dat wanneer er rechtstreeks op deze bodem werd gebouwd, er verzakkingen optraden. Veel oude panden in Nederland zijn daarom gebouwd op houten palen. Paalfunderingen zijn in Nederland vanaf de 16 e eeuw toegepast. Door paalrot, paalworm, verzadigt bros metselwerk en vele andere oorzaken zijn veel houten paalfunderingen niet meer goed in staat om belasting over te dragen op de ondergrond. Dit zorgt voor zakkingen wat kan leiden tot scheurvorming en andere schadebeelden. Er wordt verwacht dat deze problemen zullen optreden bij bestaande woningen in Nederland in de komende twintig jaar. Deze woningen zijn soms monumentaal en beeldbepalend. Sloop is hier geen optie. De funderingen van deze woningen moeten worden hersteld. De oude fundering moet met een nieuwe fundering worden ontlast. Dit wordt funderingsherstel genoemd. De nieuwe fundering wordt vaak gerealiseerd met een tafelconstructie. Hierbij worden er palen in de bodem geheid, geschroefd, gepulst of geboord. Deze palen vormen de poten van de tafel. De begane grond- of souterrainvloer vormt het tafelblad. De vloer wordt uitgevoerd als een in het werk gestorte betonvloer. De betonvloer moet de belasting vanuit de bouwmuren overbrengen naar de nieuwe palen. In de dragende bouwmuren worden hiervoor kassen gehakt. In de kassen en in de vloer wordt traditionele wapening aangebracht waarna de vloer wordt gestort. De wapening die wordt aangebracht bij funderingsherstel wordt vaak geheel in het werk gevlochten i.v.m. bijvoorbeeld een beperkte werkruimte. Alleen kaswapening wordt vaak prefab aangeleverd. Staalvezelwapening biedt hier een uitkomst. Met staalvezelwapening kan een deel van de traditionele wapening achterwege blijven. Dit zorgt voor een afname van arbeidsloon en uitvoeringstijd. Het onderzoek bestaat uit een literatuuronderzoek en een variantenstudie. Voor de variantenstudie is een funderingsherstel op drie verschillende manieren uitgewerkt. Een traditioneel gewapend, hybride gewapend en een zoveel mogelijk met staalvezels gewapend funderingsherstel zijn voor de variantenstudie berekend en getekend. De varianten zijn met elkaar vergeleken m.b.v. een kosten en Multicriteria analyse. Deze analyses vormen de basis voor de aan het eind opgestelde conclusies en aanbevelingen. Het funderingsherstel is uitgewerkt voor het pand aan de Leidsegracht 66 in Amsterdam. Bij dit pand is funderingsherstel noodzakelijk. Tijdens dit onderzoek zijn ook de mogelijkheden onderzocht voor het verlenen van een bouwvergunning voor een funderingsherstel dat hybride is gewapend. Hiervoor is de berekening die is gemaakt voor het hybride gewapende funderingsherstel ingediend bij de gemeente Amsterdam. 5

6 1. Samenvatting literatuurstudie In dit hoofdstuk wordt een samenvatting gegeven van de uitgevoerde literatuurstudie. Voor de uitgebreide versie van dit literatuuronderzoek wordt verwezen naar bijlage I. Veel uitleg over beweringen en uitspraken die worden gedaan staan in deze bijlage. Alle conclusies zijn gebaseerd op het gehele onderzoek. Voor de literatuurstudie is onderzoek verricht naar staalvezelbeton, kunststofvezelbeton, hogesterktebeton, zelfverdichtend beton, beton in het algemeen en naar funderingsherstel. De theorie achter M-kappa diagrammen en andere rekenmethoden worden alleen in de bijlage besproken. De conclusies aan het eind van dit hoofdstuk vormen de basis van het afstudeeronderzoek.

7 Inhoudsopgave samenvatting literatuurstudie 1.1 STAALVEZELBETON Mechanische eigenschappen Richtlijnen en regelgeving Kosten Conclusies literatuuronderzoek staalvezelbeton KUNSTSTOFVEZELWAPENING Mechanische eigenschappen Regelgeving Kosten Conclusies literatuuronderzoek kunststofvezelwapening BETON Vezel (ultra)hogesterktebeton Zelfverdichtend vezelbeton Conclusies literatuuronderzoek beton FUNDERINGSHERSTEL Funderingsproblemen Herstelmethoden Conclusies literatuuronderzoek funderingsherstel CONCLUSIES LITERATUURONDERZOEK Algemeen Conclusies BIBLIOGRAFIE Literatuuronderzoek staalvezels Literatuuronderzoek kunststofvezels Literatuuronderzoek beton Literatuuronderzoek funderingsherstel 28 7

8 1.1 Staalvezelbeton Staalvezelbeton is beton waaraan staalvezels zijn toegevoegd om beton te bewapenen. Staalvezelbeton werd lang gezien als exotisch bouwmateriaal. De afgelopen decennia zijn staalvezels geëvolueerd naar een veelgebruikt bouwmateriaal voor de versterking van beton. Al in 1874 is het eerste patent verleend om beton door het toevoegen staalvezels te versterken. Echter werd pas in de jaren 60 van de 20 ste eeuw gestart met systematisch onderzoek naar staalvezelwapening. Staalvezelwapening wordt dan ook pas sinds de jaren 60 toegepast als wapening in verscheidene betonconstructies. In het begin leidde het toepassen van staalvezelwapening tot zowel positieve als negatieve resultaten. De afgelopen jaren zijn grote stappen gezet m.b.t. de ontwikkeling van staalvezelbeton. De positieve resultaten zijn hiermee sterk toegenomen. Dit is te danken aan diepgaande onderzoeken waardoor het gedrag van met staalvezels gewapende constructies beter valt te bepalen. Met het verschijnen van CUR aanbevelingen en KOMO richtlijnen is het gebruik van staalvezelbeton in Nederland toegenomen. Staalvezeltypen Staalvezels kunnen worden onderverdeeld in vijf typen. Deze vezeltypen worden onderscheiden door de manier van produceren. We onderscheiden de volgende vijf soorten: Vezels van koudgetrokken staaldraad (draadvezels). Melt extracted vezels. Versneden vezels. Geschaafde koudgetrokken vezels (draadvezels). Uit blokken gefreesde vezels. De draadvezels worden in beton het meest toegepast. Draadvezels kunnen geproduceerd worden in hoge sterkte kwaliteiten. Tevens zijn deze vezeltypen het meest voordelig. De keuze voor een bepaald vezeltype wordt bepaald door een aantal factoren. Deze factoren bepalen de prestatie en werking van de vezels in het beton. De prestatie en werking van de vezels in beton worden bepaald door de vorm, diameter, lengte, maximaal toelaatbare treksterkte en de wijze van verankering in beton. Dit onderzoek beperkt zich tot de vezels van koudgetrokken staaldraad, de draadvezels. Onderzoek door producenten van staalvezels heeft uitgewezen dat deze vezels de beste werking hebben in beton. Het productieproces van deze vezels is tevens redelijk gemakkelijk wat leidt tot goedkope vezels. In bijlage I van dit onderzoek wordt dieper ingegaan op de vezels van koudgetrokken staaldraad. Wat is staalvezelbeton? Staalvezelbeton is een composiet materiaal. Staalvezelbeton bestaat uit staalvezels die zijn vermengd in het beton. De staalvezels zitten willekeurig in het beton verspreid. In staalvezelbeton bestaat meestal 0,2 2,0% van het totale betonmengsel uit staalvezels. Dit geldt niet voor (ultra)hogesterktebeton waarin staalvezels in veel grotere hoeveelheden toegevoegd worden Het toevoegen van staalvezels aan het betonmengsel zorgt ervoor dat enkele eigenschappen van normaal beton veranderd worden. Op de volgende pagina (paragraaf uitvoering) worden deze eigenschappen besproken. Staalvezelbeton kan worden gecombineerd met traditionele wapening. Dit wordt hybride gewapend beton genoemd. In enkele artikelen wordt met hybride gewapend beton, beton bedoeld dat is gewapend met staalvezels in verschillende lengtes. In dit onderzoek wordt met hybride gewapend beton, beton bedoeld dat is gewapend met zowel staalvezels als traditionele wapening. De eerst genoemde definitie is in dit onderzoek dus van toepassing. Afbeelding 1.1: verschillende verschijningsvormen van draadvezels 8

9 Toepassingen Zoals al eerder genoemd is staalvezelbeton geen nieuw product. De afgelopen decennia is staalvezelbeton al toegepast in de volgende typen betonconstructies en producten: Bedrijfsvloeren. Funderingspalen. Rioolbuizen. Tunnels. Kelders. Onderwaterbeton. Schaalconstructies. Duurzaamheid Met duurzaamheid wordt in dit afstudeeronderzoek de levensduur van de constructie bedoeld. Een ander woord hiervoor is durability. De duurzaamheid van een staalvezelbetonconstructie is relatief groot. Er zijn enkele zaken afwijkend van een traditioneel gewapende betonconstructie: Staalvezels kunnen aan de oppervlakte van de betonmatrix gaan roesten. Dit heeft geen invloed op de mechanische eigenschappen van het totale staalvezelbeton. Roestvorming wordt niet naar de rest van de wapening geëvolueerd. Dit is bij traditioneel gewapende betonconstructies wel het geval. Staalvezels kunnen tegen roestvorming worden behandeld. Staalvezels werken scheurverdelend. De ductiliteit van het beton wordt groter (de vervormingscapaciteit neemt toe). Vocht kan bij constructies die zijn gewapend met staalvezels en traditionele wapening, de traditionele wapening minder makkelijk bereiken. Uitvoering Staalvezelbeton is op dezelfde manier te storten als normaal beton. Het is mogelijk om staalvezelbeton te verpompen of te storten met een kubel. Er zijn echter een aantal zaken waar rekening mee moet worden gehouden in het ontwerp en tijdens de uitvoering zodat staalvezelwapening zonder problemen gestort kan worden. Bij de samenstelling van het staalvezelbetonmengsel moet rekening gehouden worden met een aantal eigenschappen van staalvezelbeton in vergelijking tot normaal beton: Een langere mengtijd. Een slechtere verwerkbaarheid. Een langdurigere verdichtingsfase. Als staalvezels aan het beton worden toegevoegd neemt het omhullende oppervlak van het totale beton toe. De consistentieklasse wordt lager bij een gelijkblijvende watercementfactor (wcf). Het toevoegen van een plastificeerder in plaats van een verhoogde wcf verdient de voorkeur omdat zo de sterkte eigenschappen van het beton niet of nauwelijks worden beïnvloed. Naast dat de verwerkbaarheid van het beton achteruit gaat zijn er nog andere zaken waar rekening mee gehouden moet worden: De vorming van Egels in beton (samengebalde staalvezels). Slechte menging van het beton bij oude truckmixers. De eigenschappen van staalvezelbeton zijn niet van toepassing t.p.v. de stortnaden. De stortrichting. Als traditionele wapening wordt toegevoegd mag de maaswijdte niet te klein zijn. Afbeelding 1.2: uitvoering van een hybride gewapende betonconstructie 9

10 1.1.1 Mechanische eigenschappen De werking van staalvezelbeton De vezels in staalvezelbeton zijn in alle richtingen georiënteerd. Als een balk gewapend wordt met staalvezels, tot vloeien wordt belast, worden de vezels in principe allemaal ongelijk belast. Dit heeft tot gevolg dat de eerste vezels breken als de andere vezels het vloeistadium nog niet hebben bereikt. Dit verschijnsel treedt op als de vezels dermate goed verankerd zijn zodat ze niet kunnen slippen. Dit is de reden dat goed verankerde vezels een lage effectiviteit kennen. Dit in tegenstelling tot beton dat is gewapend met traditionele wapening waarbij de wapening juist wel goed verankerd moet zijn. Het idee van vezelbeton is dat de staalvezels slippen in plaats van breken. Staalvezels kunnen gaan slippen nadat de toelaatbare betontrekspanning in het beton is overschreden. In de ongescheurde toestand van staalvezelbeton is er dan ook geen werking van de staalvezels te verwachten. De eigenschappen van staalvezelbeton worden met enkele discrete punten uit de resultaten van een buigproef bepaald. Op de afbeeldingen onderaan deze pagina zijn de verschillende spanningsfiguren weergegeven. Het diagram van de hybride gewapende betonconstructie zonder de kracht van de wapening is het spanningsdiagram van staalvezelbeton. Staalvezelbeton kan werken als strain hardening en als strain softening. Dit is geheel afhankelijk van het vezeltype, vezeldosering en betonkwaliteit. Strain hardening betekent dat staalvezelbeton na het overschrijden van de betontreksterkte nog een kracht kan opnemen die groter is dan de betontreksterkte (f ctm ). Strain softening betekent dat staalvezelbeton na het overschrijden van de betontreksterkte een kracht kan opnemen die lager is dan de betontreksterkte. Spanningen en opneembare krachten Staalvezelbeton is een homogeen materiaal en kent daardoor in de ongescheurde toestand van het beton een lineair spanningsverloop. De optredende spanningen zijn hierdoor gemakkelijk te bepalen met de formule σ=m/w. Het spanningsfiguur in de gescheurde fase van staalvezelbeton is ingewikkelder en wordt bepaald met de eigenschappen van staalvezelbeton. Figuur 1.1: strain hardening en strain softening Afbeelding 1.3: spanningsverloop staalvezelbeton (ongescheurde toestand) en spanningsverdeling hybride gewapend beton (gescheurde toestand) 10

11 Afbeelding 1.4: de vier- en driepuntsbuigproef [1] Richtlijnen en regelgeving Algemeen De regelgeving die in Nederland beschikbaar is m.b.t. staalvezelbetonconstructies is nog zeer beperkt. Regelgeving wordt in Nederland aangeboden in de vorm van CUR-aanbevelingen. Deze CUR-aanbevelingen zijn een aanvulling op de soms vervallen betonvoorschriften en de Eurocodes. Naast de CUR aanbevelingen is er recentelijk een KOMO keurmerk voor kelderwanden verschenen. Dit KOMO keurmerk maakt het voor de prefab industrie mogelijk om kelderwanden uit te voeren in staalvezelbeton. Nederlandse regelgeving De volgende regelgeving m.b.t. vezelversterkt beton is in Nederland beschikbaar: CUR 35: Deze CUR aanbeveling omschrijft de bepaling van de buigtreksterkte, de buigtaaiheid en de equivalente buigtreksterkte van staalvezelbeton (vierpuntsbuigproef). Met het verschijnen van CUR aanbeveling 36 (2011, herzien) is CUR aanbeveling 35 komen te vervallen. De herziende verzie van CUR aanbeveling 35 is opgenomen als bijlage in CUR aanbeveling 36. CUR 36: Deze CUR aanbeveling omschrijft het ontwerp van een elastisch ondersteunde betonvloer en verharding van staalvezelbeton. De aanbeveling is alleen van toepassing voor vloeren en verhardingen die op staal zijn gefundeerd. CUR 111: Deze CUR aanbeveling omschrijft het ontwerp voor bedrijfsvloeren op palen uitgevoerd in staalvezelbeton. Deze aanbeveling geldt alleen vloeren op palen die geen deel uitmaken van de hoofdraagconstructie. CUR aanbeveling 111 is samengesteld m.b.v. een document dat is opgesteld door de RILEM commissie TC 162-TDF [7]. Buitenlandse regelgeving en richtlijnen In 2010 is in Duitsland een nieuwe richtlijn uitgekomen (DAfStb:Richtlinie Stahlfaserbeton) [10]. De DAfStb (Duitse commissie voor gewapend beton) heeft deze richtlijn opgesteld. Met het verschijnen van deze richtlijn is het in Duitsland mogelijk om hoofddraagconstructies uit te voeren in staalvezelbeton. Met het verschijnen van deze norm is een grote stap gezet in de ontwikkeling en toepassing van staalvezelbeton in hoofddraagconstructies. Echter is deze norm alleen van toepassing in Duitsland. In Italië is ook een richtlijn beschikbaar die het mogelijk maakt om hoofddraagconstructies uit te voeren in staalvezelbeton. De richtlijn is opgesteld door de CNR (National Research Council). De CNR heeft ook meegewerkt aan de Model Code De Model Code en CNR richtlijn voor staalvezelbeton komen daarom op een aantal punten met elkaar overeen. De rekenregels die in de Model Code (2010, volume 1) worden gehanteerd kunnen een basis vormen voor een nieuw uit te komen Eurocode. Tot slot Om het mogelijk te maken dat staalvezelbeton in Nederland toegepast kan worden in de hoofddraagconstructie is aanvullende regelgeving benodigd. Mogelijk komt nieuwe regelgeving uit bij een herziening van de Eurocode. Een overzicht van de regelgeving en richtlijnen in Nederland en het buitenland wordt gegeven in CUR publicatie 246. In Rotterdam is het bij toepassingen van buitenlandse regelgeving en richtlijnen al mogelijk om een vergunning te krijgen voor een funderingsherstel dat deels is gewapend met staalvezels. Tijdens dit afstudeertraject worden de mogelijkheden in de gemeente Amsterdam onderzocht. 11

12 1.1.3 Kosten Algemeen De kosten van de staalvezels worden gebruikt in de begrotingen van de variantenstudie. De kosten van de verschillende vezeltypen zijn opgevraagd bij de volgende leveranciers en producenten van staalvezels en staalvezelbeton: Mebin B.V. Amsterdam Van der Madeweg AM Amsterdam NV Bekaert SA Home office De Lauwers RV Gerkesklooster Kosten Bovenstaande leveranciers hebben de volgende (globale kosten) voor staalvezels opgegeven: Type Toepassing(en) Hoeveelheid Dramix 3D Dramix 3D Dramix 4D Constructieve wapening Constructieve wapening Constructieve wapening Kosten in /kg Prijs inclusief arbeidsloon* 1 kg 2,15,- ja 1 kg 1 kg 1,00,- tot 1,25,- 1,30,- tot 1,50,- nee nee Dramix 5D Constructieve wapening 1 kg 1,70,- tot 1,95,- nee Figuur 1.2: kostenindicatie staalvezelwapening *Arbeidsloon = kosten voor het toevoegen van de vezels aan het betonmengsel 12

13 1.1.4 Conclusies literatuuronderzoek staalvezelbeton Algemeen Op basis van het volledige onderzoek naar de toepassing en werking van staalvezels in beton zijn conclusies te formuleren. Deze conclusies zijn in deze paragraaf uiteengezet. Conclusies Van de vier mogelijke staalvezeltypen zijn vezels van koudgetrokken staaldraad het best toepasbaar i.v.m. de lage kostprijs en de gunstige sterkte eigenschappen. Van de vier mogelijke (draad)staalvezeltypen is de werking van de vezel met een gehaakt uiteinde het best in beton. Tevens is de kostprijs van dit type vezel laag. Met dit type vezel wordt dan ook verder gewerkt gedurende dit onderzoek. Staalvezels mogen niet te goed verankerd zijn in het beton. De staalvezels moeten kunnen slippen. De werking van staalvezelwapening is effectiever bij een in twee richtingen dragende vloer dan bij een in één richting dragende vloer. Het toevoegen van staalvezels aan het betonmengsel verhoogd de weerbaarheid van beton tegen stootbelasting. De druksterkte van beton wordt niet beïnvloed door de toevoeging van staalvezels mits niet teveel vezels worden toegevoegd. Omdat staalvezels scheurverdelend werken is herverdeling van spanningen mogelijk. Nadat staalvezelbeton plastisch is bezweken kunnen er nog spanningen worden opgenomen (F ftrep,2, F ftrep,3 etc.). Bij een berekening in de uiterste grenstoestand wordt staalvezelbeton dan ook plastisch beschouwd. Als staalvezelwapening als strain hardening werkt, kunnen staalvezels traditionele wapening (deels) vervangen. Staalvezelwapening werkt gunstig bij pons. De gunstige eigenschappen kunnen worden berekend volgens de CUR 111. Staalvezelwapening werkt gunstig bij dwarskracht. Deze eigenschappen mogen, mits er geen dwarskrachtwapening wordt toegepast, gebruikt worden in de berekening. De gunstige eigenschappen kunnen worden berekend volgens de CUR 111. Doordat staalvezelwapening de buigtaaiheid van beton vergroot is de weerstand tegen kruip en vermoeiing bij staalvezelbeton groter dan bij normaal beton. Bij de betonsamenstelling van staalvezelbeton moet rekening gehouden worden met een langere mengtijd, slechtere verwerkbaarheid en langdurige verdichtingsfase. Het toevoegen van staalvezels verhoogd het specifiek oppervlak van beton. Water omhuld de staalvezels. Dit zorgt ervoor dat de verwerkbaarheid van het beton omlaag gaat. Doordat gehaakte (draad)staalvezels zijn samengesteld tot plaatjes wordt balling of de vorming van egels tijdens het mengproces van staalvezelbeton voorkomen. Het corroderen van staalvezels aan de oppervlakte van beton zorgt er niet voor dat sterkte van het staalvezelbeton achteruit gaat. 13

14 1.2 Kunststofvezelwapening In hoofdstuk 1.1 is aangegeven dat beton gewapend kan worden met staalvezels. Beton kan ook worden gewapend (versterkt) met kunststofvezels. De toepassingen en werking van kunststofvezels in beton worden in dit hoofdstuk behandeld. Tevens komen andere zaken m.b.t. kunststofvezels aan bod. In de jaren vijftig van de vorige eeuw is een nieuw type kunststof ontwikkeld, polypropyleen. De ontwikkeling van polypropyleen vezels raakte in een stroomversnelling door het verbod op asbestvezels. Polypropyleen wordt ook wel polypropeen genoemd. De moleculen van dit type kunststof worden in lijn gebracht. Het in lijn brengen van vezels wordt polymerisatie genoemd. De mechanische eigenschappen van een kunststof worden hiermee verbeterd. Na het verschijnen van dit nieuwe type kunststof wordt vanaf de jaren 70 geëxperimenteerd voor de toepassing in beton. Hiermee werd begonnen door de Nederlander Zonsveld. Voor de toepassing van de vezels in beton wordt polypropyleen gefibrilleerd of geëxtrudeerd naar een rechte vezel. Er zijn verschillende vezeltypen beschikbaar voor de toepassing in beton. Deze worden in de volgende paragraaf uiteengezet. De meest gebruikte kunststofvezels in beton zijn van polypropyleen. Dit onderzoek beperkt zich dan ook tot de kunststofvezels die geproduceerd worden van dit materiaal. Kunststofvezeltypen kunststofvezels kunnen worden onderverdeeld in twee typen. Deze vezeltypen worden onderscheiden door de manier van produceren. We onderscheiden de volgende twee soorten: Geëxtrudeerde vezels. Gefibrilleerde vezels. Wat is kunststofvezelwapening Kunststofvezels worden aan het beton toegevoegd om het beton te versterken of om het beter bestand te maken tegen brand of stootbelasting. Beton versterken met kunststofvezels heeft alleen zin in de plastische fase van het beton. De gefibrilleerde vezels worden het meest toegepast in beton. Dit vanwege de eigenschappen van deze vezels. De vezels verankeren zich met fibrillen in het beton. Gefibrilleerde kunststofvezels kunnen plastische krimpscheuren voorkomen of verminderen. Deze vezels worden dan toegevoegd in de verhouding 0,9 kg/m 3. De geëxtrudeerde vezels worden gebruikt om beton te bewapenen. Hiervoor zijn deze echter niet geheel geschikt. In de paragraaf mechanische eigenschappen wordt hierop teruggekomen. Het toevoegen van kunststofvezels aan het betonmengsel zorgt ervoor dat enkele eigenschappen van normaal beton veranderd worden. De toevoeging van kunststofvezels aan het beton zorgt ervoor dat het beton minder verwerkbaar wordt. De zaken die worden besproken in hoofdstuk 1.1 (uitvoering, behalve vorming van egels) gelden ook voor kunststofvezels. Afbeelding 1.5: geëxtrudeerde en gefibrilleerde kunststofvezels [2] 14

15 Toepassingen Gefibrilleerde kunststofvezels worden toegepast in: Tunnels. Vloeistofdichte constructies. Overige constructies waar scheurvorming door plastische krimp of brandbestendigheid van de constructie benodigd is. Spuitbeton. Heipalen. Geëxtrudeerde kunststofvezels worden toegepast in (niet aanbevolen): Vloeren op staal en betonnen wegen. Geprefabriceerde gevelelementen. Duurzaamheid Zoals al eerder gesteld wordt in dit onderzoek met duurzaamheid de levensduur van een materiaal bedoeld. Scheurvorming in beton t.g.v. plastische krimp wordt door het toevoegen van gefibrilleerde vezels aan het beton verminderd of voorkomen. Het verminderen van scheuren zorgt voor een verhoging van de duurzaamheid. Door scheuren kan vocht beton binnendringen en het wapeningsstaal bereiken waardoor het gaat roesten. Door roestvorming zet het wapeningsstaal uit waardoor beton kan afspatten (betonrot). In moderne betonconstructies wordt betonrot voor een periode van 50 tot 100 jaar uitgesloten door de in moderne constructies gehanteerde dekking op de wapening en door de eisen m.b.t. scheurwijdte. Betonrot kan worden uitgesloten als er geen uitvoerings- en andere fouten worden gemaakt. Tevens zorgt de afwezigheid van scheuren ervoor dat beschadigingen minder snel optreden. De constructie wordt slijtvaster. Beschadigingen kunnen ontstaan door langdurige verkeersbelasting of door ander gebruik. Een scheur is een inleiding voor toekomstige beschadigingen. Van polypropyleen is aangetoond dat de kunststof goed bestand is tegen het alkalische milieu in beton. Ook is de kunststof goed bestand tegen andere factoren zoals oxidatie. Dit omdat de vezel wordt ingekapseld in het beton. Kunststofvezels gemaakt van polypropyleen vertonen kruipverschijnselen. Dit is een reden waarom polypropyleen vezels niet toegepast kunnen worden als wapening in een constructie. Kruip is toenemende vervorming van een materiaal bij gelijkblijvende belastingen en dus spanningen. De optredende vervorming bij kruip is blijvend. Door de gunstige eigenschappen van de kunststofvezels tijdens brand zorgen de vezels ervoor dat de samenhang van het beton gehandhaafd blijft (zie paragraaf 1.2.1). De eigenschappen van de vezel vallen bij brand weg. Echter als een vezel wordt toegepast om scheurvorming bij plastische krimp te voorkomen, hebben de vezels hun functie al vervuld. Uitvoering Bij de uitvoering van kunststofvezelbeton zijn geen problemen te verwachten als er niet meer dan 0.9 kg/m 3 gefibrilleerde kunststofvezels aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Als er meer vezels worden toegevoegd leidt dit tot verminderde verwerkbaarheid (zie paragraaf samenstelling). Tijdens het mengen van gefibrilleerde vezels door beton worden de vezels uit elkaar getrokken ( ontstaan van extra fibrillen) waardoor de verankering van de vezels in het beton wordt verbeterd. Bonar is een fabrikant van kunststofvezels en adviseert om de menger van de betoncentrale of de truckmixer minimaal 70 omwentelingen te laten draaien voor een goede menging van de vezels in het beton. Afbeelding 1.6: enkele toepassingen voor kunststofvezelversterkt beton (vloeistofdichte constructies en tunnelelementen) 15

16 1.2.1 Mechanische eigenschappen De werking van kunststofvezels in beton Als gefibrilleerde kunststofvezels worden toegepast om plastische krimpscheuren te voorkomen moeten deze worden toegepast in de verhouding 0,9 kg/m 3. Kunststofvezels zijn alleen effectief in de plastische fase van het beton. Tijdens de plastische fase van beton kunnen plastische krimpscheuren ontstaan door te snelle verdamping van het aanmaakwater (verdampen van bleedingwater) uit het beton. Deze scheuren kunnen worden voorkomen met gefibrilleerde kunststofvezels. Tijdens de plastische fase van het beton hebben de kunststofvezels een grotere elasticiteitsmodulus dan het beton zelf. Plastische krimpscheuren ontstaan als de verdampingssnelheid van het bleedingwater groter of gelijk is aan 1 kg/m 2 per uur. De verdampingssnelheid is afhankelijk van de relatieve vochtigheid de windsnelheid en de luchttemperatuur. Nadat de elasticiteitsmodulus van beton hoger is dan die van de vezels (na 24 uur) verliezen de kunststofvezels hun functie. De kunststofvezels kunnen dan nog wel werkzaam zijn bij brand. Polypropyleen vezels hebben een smeltpunt van 160 C. Als de vezels smelten kan expanderend vocht uit het beton ontsnappen. Als de temperatuur van het beton toeneemt kan dit zonder toevoeging van kunststofvezels leiden tot het afspatten van beton. Het afspatten van beton kan leiden tot het bezwijken van een constructie. Vanwege de brandveiligheidseisen in tunnels worden gefibrilleerde kunststofvezels bijna standaard toegevoegd in het betonmengsel voor de tunnelsegmenten of andere onderdelen die deel uit maken van de hoofddraagconstructie. Kunststofvezels kunnen niet worden toegepast als constructieve wapening in beton. Dit om de volgende redenen: De elasticiteitsmodulus van polypropyleen vezels is lager dan die van uitgehard beton. Het verschil in elasticiteitsmodulus zorgt voor grote vervorming en scheurvorming van en in de constructie voordat de vezels gaan werken. Polypropyleen vezels vertonen kruipverschijnselen. De vezels zijn niet bestand tegen brand. De vezels smelten en verliezen hun sterkte bij 160 C Regelgeving Algemeen en regelgeving De werking van gefibrilleerde polypropyleen vezels bij plastische krimp moet worden bewezen met de plaatproef. De plaatproef wordt uitgevoerd conform CUR aanbeveling 42. CUR aanbeveling 42 omschrijft de werking van polypropyleen vezels bij plastische krimp. Omdat polypropyleen vezels niet als constructieve wapening gebruikt kunnen worden is hier ook geen regelgeving voor opgesteld. Op de constructieve toepassingen wordt dan ook niet verder ingegaan. Toepassingen Het advies is om gefibrilleerde polypropyleen vezels toe te voegen in een verhouding van 0,9 kg/m 3 beton als er sprake is van plastische krimpscheuren. De leverancier moet dan wel kunnen aantonen (d.m.v. een uitgevoerde plaatproef) dat de geleverde vezels werken als plastische krimpwapening in beton. Figuur 1.3: verloop van deformeerbaarheid van beton in de verschillende fases [2] en verhouding van elasticiteitsmodulus van beton en polypropyleen in de loop der tijd [3] 16

17 1.2.3 Kosten Algemeen De kosten van de verschillende vezeltypen zijn opgevraagd bij de volgende leveranciers en producenten: Mebin B.V. Amsterdam Van der Madeweg AM Amsterdam Adfill construction fibers (Bonar) Industriestraat 39, Zone Z Zele, België Bouwcenter Eiland de Wild Laanenderweg PW Alkmaar PontMeyer Alkmaar Professor van der Waalstraat BT Alkmaar Kosten Deze leveranciers hebben de volgende (soms globale kosten) voor polypropyleen kunststofvezels opgegeven: Type Toepassing(en) Hoeveelheid Propex Fibermesh 12 mm, gefibrilleerde vezels Confiber 660F 6 mm, gefibrilleerde vezels Weber vezels 12 mm, gefibrilleerde vezels Adfill Fibrin, gefibrilleerde vezels Kosten/m 3 beton Prijs inclusief arbeidsloon** plastische krimpwapening* 0,9 kg/m 3 17,50,- ja plastische krimpwapening* 0,9 kg/m 3 12,60,- Nee plastische krimpwapening* 0,9 kg/m 3 21,66,- Nee plastische krimpwapening* 0,9 kg/m 3 2,5-3,0,- Nee Adfill Durus, geëxtrudeerde vezels Vloeren op staal of daar waar grote vervorming van de constructie is toegestaan Figuur 1.4: kostenindicatie kunststofvezelwapening 3-6 kg/m 3 20,00,- Nee *Niet bekend is of de werking van de vezels is aangetoond met CUR aanbeveling 42 en of de vezels voldoen aan de NEN-EN **Arbeidsloon = kosten voor het toevoegen van de vezels aan het betonmengsel 17

18 1.2.4 Conclusies literatuuronderzoek kunststofvezelwapening Algemeen Op basis van het volledige onderzoek naar de toepassing en werking van kunststofvezels in beton zijn conclusies te formuleren. Deze conclusies zijn in dit hoofdstuk uiteengezet. Conclusies Gefibrilleerde polypropyleenvezels kunnen worden toegepast om plastische krimpscheuren in beton te voorkomen of te verminderen. De vezels werken niet bij andere vormen van krimp. Gefibrilleerde polypropyleenvezels zijn alleen werkzaam tijdens de plastische fase van beton. De elasticiteitsmodulus van de vezels is in dit stadium nog groter dan de elasticiteitsmodulus van beton. Als de verdampingssnelheid van het water uit beton gedurende de plastische fase van beton groter is dan 1 kg/m 2 /uur ontstaan plastische krimpscheuren. Om plastische krimpscheuren te voorkomen of te verminderen moet 0,9 kg/m 3 gefibrilleerde polypropyleenvezels worden toegevoegd aan het betonmengsel. Aangetoond moet zijn dat de vezels werkzaam zijn bij plastische krimp. Het aantonen geschied conform CUR aanbeveling 42. Plastische krimpscheuren kunnen ook worden voorkomen door een goede nabehandeling van het beton (curing compound) of door het beton nat te houden en af te dekken met speciale folie. Als er meer dan 0,9 kg/m 3 gefibrilleerde polypropyleenvezels aan het beton wordt toegevoegd zorgt dit voor een mindere verwerkbaarheid van het beton. Tevens heeft het extra toevoegen van gefibrilleerde polypropyleenvezels geen nut. Als 0,9 kg/m 3 gefibrilleerde polypropyleenvezels aan het beton wordt toegevoegd hoeft het betonmengsel hier niet op worden aangepast. Polypropyleenvezels kunnen, en worden bij voorkeur, niet toegepast als constructieve wapening in beton. Daar waar grote vervormingen of scheurvorming geen probleem is kunnen geëxtrudeerde polypropyleenvezels als constructieve wapening (niet in vrijdragende constructies) worden toegepast. Gefibrilleerde polypropyleenvezels kunnen worden toegepast om de brandwerendheid van een betonconstructie te verbeteren. Polypropyleen heeft een smeltpunt van 160 C. Polypropyleenvezels zijn inert. Dit betekend dat de vezels niet of nauwelijks reageren met andere stoffen in het beton. Omdat de vezels grotendeels worden omkapseld door het beton wordt oxidatie tegen gegaan. Polypropyleen vezels zijn goed bestand tegen het alkalisch milieu in beton. Om een goede verdeling van de polypropyleenvezels in beton te garanderen moet de menger van de betoncentrale of de truckmixer minimaal 70 omwentelingen maken. 18

19 1.3 Beton Beton is een overkoepelende naam voor verschillende typen (niet-gebakken) kunststeen. Dit hoofdstuk behandeld beton waarbij cement het bindmiddel is. Samenstelling Eenvoudig huis tuin en keuken beton bestaat uit één volumedeel cement, twee volumedelen zand en drie volumedelen grind. Eén tiende van de totale hoeveelheid vaste stoffen moet als water worden toegevoegd om de chemische reactie te starten. Het chemisch proces van beton is oneindig. Dit heeft tot gevolg dat beton steeds sterker wordt naarmate de tijd vordert. De cilinderdruksterkte waarmee in constructieberekeningen wordt gerekend, wordt bereikt na 28 dagen. Beton heeft dan afhankelijk van de samenstelling 70 á 90 procent van de uiteindelijke sterkte bereikt. Bij de keuze voor een betonsamenstelling moet rekening gehouden worden met [1]: Mechanische eigenschappen. Vervormingsgedrag. Technische duurzaamheid. Milieu-impact van de grondstofkeuze. Watercementfactor De watercementfactor bepaald in grote mate de vloeibaarheid, de duurzaamheid en de uiteindelijke sterkte van beton. De watercementfactor geeft de verhouding aan tussen de hoeveelheid water en de hoeveelheid cement in een betonmengsel. Er gelden een aantal ontwerpgrondslagen voor de watercementfactor (wcf) in beton: Een wcf van minimaal 0,3 is noodzakelijk voor de hydratatiereactie in beton. De wcf bepaald voor een groot deel de permeabiliteit (waterdoorlaatbaarheid van de constructie. Hoe hoger de wcf, hoe lager de sterkte en hoe beter de verwerkbaarheid van het beton. Bij een gelijkblijvende wcf kan een plastificeerder in de verhouding 0,4 0,8 % van het cementgehalte worden toegevoegd. De verwerkbaarheid wordt hiermee verbeterd. Cement Cement en water vormen de lijm in beton. Zij zorgen ervoor dat de verschillende bestanddelen in beton aan elkaar vast gaan zitten en het beton een drukvast materiaal wordt. Er zijn verschillende typen cement. Portlandcement, hoogovencement en vliegas worden toegepast in beton en hebben elk eigenschappen die de betonkwaliteit beïnvloeden. Vliegas kan een deel van Portland- of hoogovencement vervangen. De toepassing van een cementsoort is afhankelijk van de gewenste sterkte, uithardingstijd, bestandheid tegen aantasting en kleur. Portlandcement wordt vaak gebruikt als een snelle uithardingstijd wenselijk is. Hoogovencement wordt gemaakt van een afvalproduct van de ijzerindustrie en is daardoor milieuvriendelijker. Hoogovencement wordt gemaakt van gebroken en verpulverde ijzerslakken. Toeslagmaterialen Beton bestaat voor ongeveer 70 procent uit toeslagmaterialen. Toeslagmaterialen in beton zijn zand en grind. De toeslagmaterialen vormen het dragende skelet in beton. De aanhechting en de druksterkte van toeslagmateriaal bepalen in grote mate de uiteindelijke sterkte van beton. Toeslagmateriaal kan uit de natuur worden gewonnen of kunstmatig worden geproduceerd. De toeslagmaterialen worden ingedeeld naar herkomst, volumieke massa en korrelafmeting. Bij natuurlijke winning wordt onderscheid gemaakt tussen de natte en droge winning. De volgende toeslagmaterialen worden met natuurlijke winning gewonnen: Rivier- en zeegrind. Rivier- en zeezand. Steen gewonnen uit steengroeven. Zand gewonnen uit zandgroeven. Kunstmatige toeslagmaterialen kunnen speciaal voor de toepassing uit restproducten of nieuw geproduceerd worden. De volgende kunstmatige toeslagmaterialen worden in beton toegepast: Betongranulaat. Metselwerkgranulaat. Gesinterd vliegas. Mijnsteen. Geëxpandeerde kleikorrels. 19

20 1.3.1 Vezel (ultra)hogesterktebeton Algemeen Hogesterktebeton (HSB) is beton met een sterkteklasse van C55/67 tot C90/105. Ultra hogesterktebeton (UHSB) is beton met een druksterkte vanaf 150 N/mm 2 tot 200 N/mm 2. Vanwege ontbrekende regelgeving voor ultra hogesterktebeton wordt dit type beton nog amper toegepast in Nederland. Beton vanaf de sterkteklasse C90/105 en met een druksterkte 150 N/mm 2 wordt zeer hogesterktebeton genoemd. Samenstelling Voor ultra hogesterktebeton wordt wel 3 tot 4 keer zoveel cement gebruikt in vergelijking tot normaal beton [2]. Bij hogesterktebeton is dit minder. Toch zijn de verschillen met normaal beton aanzienlijk. Dit zorgt voor een hogere kostprijs. Vanwege de brosse eigenschappen worden aan (ultra)hogesterktebeton aanzienlijke hoeveelheden staalvezels toegevoegd. Zo wordt de ductiliteit en taaiheid van het beton groter. Het type staalvezels dat wordt toegevoegd is anders dan in normaal beton. Het vezeltype is recht en er zijn geen speciale verankeringen toegepast bij de vezels zoals haakjes. Dit is te verklaren doordat de verankering van de staalvezels in (ultra)hogesterktebeton wordt gerealiseerd door dichte omhulling van de vezels. Door de fijnheid van de cementpasta en de toeslagmaterialen worden de vezels goed ingesloten en verankerd in het beton. De toelaatbare treksterkte van de staalvezels in (UHS)beton moet hoog zijn ( 2000 N/mm 2 ). Toepassingen De toepassing van (ultra)hogesterktebeton heeft vooral zin in constructies waarbij het eigen gewicht een grote rol speelt in de totale belasting. Dit is bijvoorbeeld bij bruggen, trappen, daken en balkons. Een hoger mogelijke slankheid bij (U)HSB zorgt voor een besparing in bijvoorbeeld wapenings- of voorspanstaal. Dit kan zorgen voor een kostenbesparing. Vanwege de lage watercementfactor in (ultra)hogesterktebeton moest een oplossing verzonnen worden om het beton verwerkbaar te houden. Door het toevoegen van een (super)plastificeerder wordt het beton vloeibaar en hoeft het nog amper verdicht te worden. Een idee hierbij was om deze eigenschappen ook toe te passen bij lagere betonkwaliteiten. Vanuit deze gedachte is zelfverdichtend beton ontstaan. Voor- en nadelen toepassing van (U)HSB Voordelen Grote slankheid is mogelijk. Snelle sterkteontwikkeling. Verminderde vervorming door krimp en kruip. Hoge slijtvastheid. Betere duurzaamheid dan normaal beton. Nadelen Hoge kostprijs. Brosse eigenschappen. Geen juridisch geaccepteerde regelgeving beschikbaar in Nederland (> C90/105). Grote autogene krimp. Hoge kwaliteitsbeheersing tijdens de uitvoering is noodzakelijk. Afbeelding 1.7: Pont du Diable van Rudy Ricciotti uitgevoerd in voorgespannen prefab UHSB delen 20

21 Afbeelding 1.8: uitvoeringsproblemen die met zelfverdichtend beton kunnen worden voorkomen of verminderd [3] Zelfverdichtend vezelbeton Algemeen De verwerkbaarheid van beton kan worden vergroot door het verhogen van de vloeibaarheid van beton. Zoals eerder gesteld kan dat geschieden door het toevoegen van een (super)plastificeerder of door het verhogen van de watercementfactor. Zelfverdichtend beton heeft een hoge vloeibaarheid (consistentieklasse F6, zeer vloeibaar). Zelfverdichtend beton is beton dat: Zichzelf, door zijn eigen gewicht verdicht. Volledig wapening omhult zonder natrillen. Volledig bekistingen vult zonder natrillen. Voor- en nadelen toepassing van zelfverdichtend vezelbeton Voordelen De vezeloriëntatie in het beton kan niet door natrillen worden verstoord. De homogeniteit van beton is beter dan dat van normaal beton. Moeilijk bereikbare plekken kunnen met het beton makkelijk worden bereikt. Er is minder personeel betrokken bij de uitvoering. Er ontstaan minder snel lekkages in bekistingen. Betere duurzaamheid dan normaal beton. Nadelen Zelfverdichtend beton is duurder. Vezels kunnen zich gaan oriënteren in de stortrichting van het beton. De kans op chemische en uitdrogingskrimp is groter dan bij normaal beton. Toepassingen De wijze van storten is bij zelfverdichtend vezelbeton erg belangrijk. De vezels kunnen zich oriënteren in de stortrichting van het beton. Tevens kan te snel storten betekenen dat er lucht wordt ingesloten in beton. Bij de randen van bekistingen kunnen vezels zich gaan oriënteren in een richting die loodrecht op de wand staat. Het storten van zelfverdichtend vezelbeton is een bewerkelijke klus. Daarnaast is het betonmengsel voor zelfverdichtend beton relatief gevoelig voor kleine verschillen in de samenstelling. In de prefab industrie wordt zelfverdichtend beton daarom voornamelijk toegepast. Dit vanwege de hoge kwaliteitsbeheersing in de prefab industrie. Zoals is gebleken uit overleg met een betoncentrale [4] wordt staalvezelbeton al standaard aangeleverd in de consistentieklasse F5 (vloeibaar) en F6 (zeer vloeibaar). Consistentieklasse F6 benaderd een zelfverdichtend beton. In consistentieklasse F6 zijn verschillende variaties mogelijk (zie bijlage), Afbeelding 1.9: zelfverdichtend beton toegepast in de prefab industrie [5] 21

22 1.3.3 Conclusies literatuuronderzoek beton Algemeen Op basis van het volledige onderzoek naar beton zijn conclusies te formuleren. Deze conclusies zijn in dit hoofdstuk uiteengezet. Conclusies Waar vroeger het een-twee-driebeton tot de standaard behoorde, wordt nu gebouwd met beton dat bestaat uit een complexe samenstelling van stoffen met een scala aan eigenschappen. Ongeveer 7000 verschillende betonsamenstellingen zijn bij betoncentrales in Nederland verkrijgbaar. Als Portlandcement in beton wordt gebruikt kan sneller worden ontkist i.v.m. een grotere hydratatiewarmte tijdens de uitharding (in vergelijking tot hoogovencement). Het toevoegen van een (super)plastificeerder is beperkt tot 0,4 tot 0,8 procent van het cementgehalte. Vliegas kan een deel van het te gebruiken cement vervangen. De hoeveelheid toe te voegen vliegas is gebonden aan regelgeving. Er is een grote variëteit aan toeslagmaterialen beschikbaar welke het dragende skelet in beton vormen. De sterkte van het dragend skelet wordt vooral bepaald door de aanhechting en de druksterkte van het toeslagmateriaal. (Ultra)Hogesterktebeton is vooral geschikt voor constructies waarbij duurzaamheid en een grote slankheid belangrijk worden geacht. Dit kan een eis zijn bij offshore constructies en bruggen. De vloeibaarheid van beton is een maat voor de verwerkbaarheid van beton. Alvorens een betonsamenstelling wordt gekozen (als toepassing bij hybride beton) moet rekening worden gehouden met de vloeibaarheid van het staalvezelbeton en het vermogen van het staalvezelbeton om langs obstakels te vloeien (L-box en J-ring test). Het gebruik van zelfverdichtend beton levert een besparing op in arbeidsloon. Hoog vloeibaar beton (consistentieklasse F5 en F6), wordt, afhankelijk van de hoeveelheid toe te voegen staalvezels, al toegepast bij staalvezelbeton. Vanwege de vergrootte kans op de vorming van (plastische)krimpscheuren bij zelfverdichtend beton kunnen polypropyleen vezels worden toegepast om de grote en de hoeveelheid krimpscheuren te beperken of te voorkomen. Een M-Kappa-diagram voor staalvezelbeton is (gedeeltelijk) anders dan bij traditioneel gewapend beton. Bij M-Kappa-diagrammen moet in de bruikbaarheidsgrenstoestand zowel de lange als korte belastingduur beschouwd worden. Dit i.v.m. kruip. 22

23 1.4 Funderingsherstel Op veel plekken in Nederland bestaan de bovenlagen van de bodem uit veen en klei. Proefondervindelijk bleek dat wanneer er rechtstreeks op deze bodem werd gebouwd, er verzakkingen optraden. Veel oude panden in Nederland zijn daarom gebouwd op houten palen. Paalfunderingen of een vereenvoudigde versie daarvan zijn in Nederland vanaf de 13 e eeuw toegepast. De paalfunderingen in de 13 e eeuw bestonden uit roosters met daarin elzen slieten (paaltjes die 2 meter diep de grond in werden geheid). De funderingen van huizen uit de 14 e tot 16 e eeuw begonnen te lijken op de Amsterdamse paalfundering. De palen (dennen) werden dieper geheid (5-7 meter). Deze funderingen werden op kleef geheid. Vanaf de 17 e eeuw wordt de Amsterdamse paalfundering toegepast in Nederland. Bij deze fundering werd op stuit geheid (heien op de eerste zandlaag). Door droogstand en/of bacteriële aantasting en toenemende negatieve kleef zijn veel houten paalfunderingen niet meer goed in staat om belasting over te dragen op de ondergrond. Daarnaast verkeerd het metselwerk soms in slechte staat (verzadigd metselwerk). Dit zorgt voor zakkingen wat kan leiden tot scheurvorming en andere schadebeelden. Er wordt verwacht dat deze problemen zullen optreden bij bestaande woningen in Nederland in de komende twintig jaar. Deze woningen zijn soms monumentaal en beeldbepalend. Sloop is hier geen optie. De funderingen van deze woningen moeten worden hersteld. De oude fundering moet met een nieuwe fundering worden ontlast. Dit wordt funderingsherstel genoemd Funderingsproblemen Algemeen De problemen aan houten paalfunderingen worden vooral veroorzaakt door schimmelaantasting, bacteriële aantasting en toegenomen negatieve kleef. Het gevolg van funderingsproblemen zijn scheefstand, klemmende deuren en ramen en scheurvorming in gevels en binnenmuren. Aantasting van hout Problemen met het funderingshout wordt veroorzaakt door schimmelaantasting of bacteriële aantasting. Schimmelaantasting wordt ook wel paalrot genoemd. Hierbij wordt het funderingshout aangetast door een te lage grondwaterstand. Het funderingshout wordt bij een te lage grondwaterstand blootgesteld aan zuurstof waardoor het funderingshout naar verloop van tijd gaat rotten. Een te lage grondwaterstand kan ontstaan door: Een lekkend drainerend riool. Een te laag afgestelde drainage. Een verlaging van het grondwater door een waterschap. Bemaling van bouwputten. Afbeelding 1.10: Amsterdamse paalfundering vanaf 17 e eeuw 23

24 Negatieve kleef Negatieve kleef wordt veroorzaakt door inklinkende grond die aan de paal gaat hangen. Hierdoor wordt de paal extra belast. Pas vanaf 1965 wordt in geotechnische berekeningen rekening gehouden met negatieve kleef. Negatieve kleef kan veroorzaakt of versterkt worden door: Ophogingen van grondlichamen. Grondwaterstanddaling. Bodemdaling. Overige funderingsproblemen Houtaantasting en een toenemende negatieve kleef zijn de grootste oorzaken van funderingsproblemen. De funderingsproblemen die in deze paragraaf behandeld worden komen minder vaak voor. Echter kunnen de volgende funderingsproblemen ook zorgen voor verzakkingen: Aantasting van het metselwerk. Overbelasting. Uitvoeringsfouten uit het verleden. Funderingsonderzoek en monitoring Met metingen kan worden bepaald of funderingsherstel nodig is. Het object dat wordt gemonitord, wordt geclassificeerd en ingedeeld in een categorie. In onderstaande tabel zijn de verschillende categorieën en classificaties weergegeven Herstelmethoden Algemeen Als door het funderingsonderzoek blijkt dat de huidige fundering niet meer in staat is om de belasting voldoende af te dragen (code 4), wordt besloten dat de fundering moet worden hersteld. Dit kan met een aantal methoden die in dit hoofdstuk worden besproken. Als blijkt dat de fundering wordt aangetast door een te laag grondwaterpeil, kunnen preventieve maatregelen worden genomen. Voorwaarde hiervoor is dat de funderingsclassificatie 3 of lager is. De preventieve maatregel die dan kan worden genomen is grondwatermanipulatie. Constructies Als de fundering wordt gekwalificeerd met code 4 kan de fundering op verschillende manieren worden vervangen met een nieuwe fundering. De volgende constructies zijn mogelijk: De tafelconstructie. Constructie met randbalken en consoles. Voorgespannen balkconstructie. Palen in de bouwmuur. Paalkopverlaging. Een fundering van een bouwblok kan per pand, hersteleenheid, of geheel bouwblok worden hersteld. De pand(en) waarbij funderingsherstel wordt uitgevoerd in en bouwblok vormen een funderingshersteleenheid. Hierbij is er sprake van partieel funderingsherstel. Partieel funderingsherstel wordt uitgevoerd als lokaal funderingsherstel niet mogelijk is. Bij lokaal funderingsherstel wordt alleen een deel van de fundering hersteld. Bij partieel funderingsherstel wordt de fundering van een pand of hersteleenheid in zijn geheel vervangen. Het funderingsherstel kan gefundeerd worden op een groot scala aan paalsystemen en types. De beschikbare typen worden in de bijlage uitgebreid besproken. Code Classificatie Omschrijving Handhavingstermijn 1 Ruim voldoende 2 Voldoende 3 Matig Binnen 25 jaar is nauwelijks (extra) scheurvorming of (extra) scheefstand te verwachten, verhoging belasting mogelijk (wel reken technisch onderbouwen). Binnen 25 jaar zijn geringe onderlinge zakkingsverschillen te verwachten, geringe verhoging belasting van 3% tot maximaal 5% mogelijk. Binnen 25 jaar zijn onderlinge zakkingsverschillen te verwachten (hou rekening met aanvullende zakkingen en scheurvorming), verhoging belasting niet mogelijk. > 25 jaar > 25 jaar jaar 4 Onvoldoende Onderlinge zakkingsverschillen zijn te verwachten die leiden tot schade aan casco, herstel noodzakelijk. 0-5 jaar Tabel 1.1: Classificaties resultaten funderingsonderzoek [1] 24

25 Constructiemethoden funderingsherstel Afbeelding 1.11: funderingsherstel m.b.v. een tafelconstructie (met en zonder constructieve plint), het type zonder constructieve plint wordt in de variantenstudie toegepast Afbeelding 1.12: funderingsherstel met randbalken en consoles Afbeelding 1.13: funderingsherstel met een voorgespannen balkconstructie Afbeelding 1.14: funderingsherstel d.m.v. palen in de bouwmuur Funderingsherstel m.b.v. de tafelmethode wordt in Nederland het meest toegepast. Bij dit type funderingsherstel wordt de begane grond- of souterrainvloer verwijderd. Inkassingen worden gemaakt in de bouwmuur. Vanuit de kassen Afbeelding 1.15: funderingsherstel d.m.v. verlagen van houten paalkoppen en aanbrengen van nieuwe betonbalk wordt de belasting vanuit de bouwmuren overgedragen op de nieuw aan te brengen palen. De kassen worden in de bouwmuur aangebracht om de halve meter. 25

26 1.4.3 Conclusies literatuuronderzoek funderingsherstel Algemeen Op basis van het onderzoek naar funderingsherstel zijn conclusies te formuleren. Deze conclusies zijn in dit hoofdstuk uiteengezet. Conclusies panden met houten paalfunderingen krijgen in de komende twintig jaar te maken met funderingsproblemen. Houten paalfunderingen kunnen worden aangetast door bacteriële en/of schimmelaantasting. De kwaliteit van een houten paalfundering kan worden geclassificeerd in vier funderingsclassificaties. Als er sprake is van (dreigende) aantasting van de houten paalfundering met als oorzaak een verlaagde grondwaterstand, kan een systeem worden geïnstalleerd dat kunstmatig de grondwaterstand verhoogt. Zo kan aantasting in de toekomst worden voorkomen. Funderingen kunnen worden hersteld middels verschillende methoden waarvan de tafelmethode de meest voorkomende is. Als funderingsherstel wordt uitgevoerd bij een pand met een gemeenschappelijk bouwmuur moet rekening gehouden worden met bijkomende zaken. Er zijn speciale paalsystemen ontwikkeld voor funderingsherstel waarmee kan worden voldaan aan specifieke eisen (bijvoorbeeld eisen m.b.t. trillingen). De keuze voor een bepaald paalsysteem hangt af van de gekozen funderingsherstelmethode, de grondgesteldheid, trillingsgevoeligheid van omliggende panden en gewenst paaldraagvermogen. Alvorens er gestart mag worden met de uitvoering van een funderingsherstel moet een 0-meting zijn uitgevoerd. 26

27 1.5 Conclusies literatuuronderzoek Algemeen Op basis van het volledige literatuuronderzoek zijn per hoofdstuk (onderwerp) specifieke conclusies geformuleerd. Dit hoofdstuk geeft conclusies waarbij de uitkomsten van de onderzoeken naar vezelwapening worden toegespitst op funderingsherstel Conclusies Kunststofvezels zijn goedkoper dan staalvezels. Alleen staalvezels kunnen constructief worden toegepast. Staalvezelwapening kan constructief worden toegepast bij funderingsherstel. De meest geschikte vezel is de 4D en 5D vezel van Dramix (Bekaert, KOMO certificaat). De 4D vezel moet toegepast worden in combinatie met traditionele wapening i.v.m. de strain softening eigenschappen. De 5D vezel kan traditionele wapening (deels) vervangen i.v.m. de strain hardening eigenschappen. De 3D vezel is niet geschikt voor de toepassing bij funderingsherstel. Staalvezelwapening kan niet in zijn geheel traditionele wapening vervangen. Piekspanningen en spanningen door verhinderde krimp moeten worden opgevangen met traditionele wapening. Kunststofvezelwapening kan traditionele wapening niet vervangen en kan alleen worden toegepast om plastische krimpscheuren te voorkomen of te verminderen. Een combinatie van gefibrilleerde kunststofvezels en staalvezels is mogelijk bij funderingsherstel. De gefibrilleerde kunststofvezels zorgen dan voor voorkomen of verminderen van plastische krimpscheuren. De staalvezels vervangen (deels) de constructieve wapening. Funderingsherstel dat wordt gewapend met staalvezels moet worden berekend middels CUR aanbeveling 111 en de Modelcode Vanwege ontbrekende regelgeving, de hoge kostprijs, de hoge mate van kwaliteitsbeheersing en een minimaal verwacht verschil in slankheid (met normaal beton) is (U)HSB niet geschikt voor funderingsherstel. Om het verschil in slankheid tussen normaal- en (ultra) hogesterktebeton te bepalen voor de toepassing bij funderingsherstel, is onderzoek benodigd. Dit onderzoek gaat hier verder niet op in. 27

28 1.6 Bibliografie Literatuuronderzoek staalvezels Bronverwijzingen [1] BS EN :2000: Testing hardened concrete, Part 5: Flexural strength of test specimens, Literatuuronderzoek kunststofvezels Bronverwijzingen [1] [2] Cement nr. 5, 1991: Kunststofvezels in beton, prof.dr. J.M.J.M. Bijen, Intron BV, Sittard en TU Delft, faculteit der Civiele Techniek [3] Dramix steel and synthetic fiber reinforce concrete Which fiber to be used for which application and why? Bekaert Literatuuronderzoek beton Bronverwijzingen [1] Betonpocket 2012, ENCI, Mebin en Sagrex, 2011, ISBN [2] Cement online, 2012: Rekenen aan UHSB, Laurens Bouvy MSc [3] Technische aandachtspunten bij het toepassen van zelfverdichtend beton, Petra Van Itterbeeck, WTCB [4] Verslag bedrijfsbezoek Mebin, Tom Godthelp, 2014 [5] The European Guidelines for Self-Compacting Concrete Specification, Production and Use, The Self-Compacting Concrete European Project Group, Literatuuronderzoek funderingsherstel Bronverwijzingen [1] F 3 O richtlijn, Onderzoek en beoordeling van houten paalfunderingen onder gebouwen, versie 1, 2011 Voor een totaal van de gebruikte bronnen zie het hoofdstuk Bibliografie in de bijlage literatuuronderzoek. 28

29 2. Variantenstudie In dit hoofdstuk wordt de uitgevoerde variantenstudie besproken. Het funderingsherstel voor het pand aan de Leidsegracht 66 te Amsterdam is op drie verschillende manieren uitgewerkt. Geheel gewapend met traditionele wapening (variant 1), deels gewapend met traditionele wapening en staalvezelwapening (variant 2) en geheel gewapend met staalvezelwapening (variant 3). Daarnaast wordt de mogelijkheid tot het verlenen van een bouwvergunning voor hybride gewapend funderingsherstel in de gemeente Amsterdam besproken. Hiervoor is de berekening die is gemaakt voor variant 2 ingediend bij de gemeente (Amsterdam, stadsdeel centrum).

30 Inhoudsopgave variantenstudie 2.1 RANDVOORWAARDEN VARIANTEN Constructieve gegevens pand Geotechniek VARIANT Gegevens en uitgangspunten Overzicht resultaten onderzoek VARIANT Gegevens en uitgangspunten Overzicht resultaten onderzoek VARIANT Gegevens en uitgangspunten Overzicht resultaten UITVOERING VARIANTEN EN OMGEVINGSVERGUNNING VARIANT Funderingsherstel Paalfundering Staalvezelbeton Omgevingsvergunning variant CONCLUSIES PER VARIANT EN GEOTECHNIEK Algemeen Conclusies geotechniek Conclusies Funderingsherstel variant Conclusies Funderingsherstel variant Conclusies Funderingsherstel variant BIBLIOGRAFIE VARIANTENSTUDIE Bronverwijzingen 48 30

31 2.1 Randvoorwaarden varianten Inleiding Voor het pand aan de Leidsegracht 66 is funderingsherstel benodigd. De fundering van het pand is geclassificeerd met code 4. Dit betekent dat de fundering van het pand hersteld moet worden binnen 0 en 5 jaar. Het pand heeft gemeenschappelijke (mandelige) bouwmuren met Leidsegracht 64 en 68. De fundering van deze panden is in het verleden niet hersteld en wordt (voorlopig) ook niet hersteld. De funderingshersteleenheid bestaat alleen uit Leidsegracht 66. De achtergevel van de aanbouw van Leidsegracht 66 is gemeenschappelijk met Leidsegracht 69. De uitbouw staat constructief geheel los van de hoofdconstructie van Leidsegracht 66. De fundering van de uitbouw wordt niet hersteld. Het pand aan de Leidsegracht 66 is een Rijksmonument. Verslag De fundering van het pand zal worden hersteld middels de tafelmethode waarvan de betonconstructie in dit onderzoek op drie verschillende manieren zal worden uitgewerkt: 1. Geheel gewapend met traditionele wapening. 2. Gewapend met staalvezelwapening en met traditionele wapening. 3. Geheel gewapend met staalvezelwapening. In het hierop volgende hoofdstuk (hoofdstuk 3) worden conclusies en aanbevelingen gegeven en wordt met een Multicriteria analyse de meest geschikte variant bepaald. Hoofdstuk 3 is het resultaat van dit afstudeeronderzoek. Het funderingsherstel zal worden uitgewerkt t.p.v. de begane grondvloer. De bestaande begane grondvloer wordt verwijderd en vervangen met een nieuwe betonvloer. De betonvloer bestaat uit de constructie van de nieuwe fundering. Het aanlegniveau van de nieuwe funderings is 1430 mm + NAP. Dit is 1470 mm hoger dan de laagst gemeten grondwaterstand. Er hoeft daarom geen waterkerende plint worden aangebracht. Er zijn dan ook geen problemen door wateroverlast te verwachten vanwege een te hoge grondwaterstand. Voor de berekeningen en rekentechnische uitgangspunten t.b.v. het onderzoek wordt verwezen naar de bijbehorende bijlagen. Het funderingsherstel wordt gefundeerd op inwendig geheide stalenbuispalen. Voor de wapeningsberekeningen zijn geotechnische berekening benodigd. De geotechnische berekeningen zijn op drie verschillende manieren uitgewerkt. Zo kan de best geschikte funderingsmethode worden gekozen. De drie methoden worden besproken in het hoofdstuk geotechniek. Van deze drie methoden wordt één methode gekozen welke gebruikt wordt bij de varianten. De drie funderingsmethoden verschillen in paaldiameter en inheiniveau (eerste of tweede zandlaag). Als de drie wapeningsvarianten zijn uitgewerkt wordt gekozen voor een variant. In onderstaand schema is de werkwijze schematisch weergegeven. Op de volgende bladzijde is weergegeven welke fundering wordt hersteld en welke funderingen buiten de funderingshersteleenheid vallen. Funderingsmethode 1 Variant 1 Funderingsmethode 2 Keuze voor funderingsmethode Variant 2 Keuze voor Variant (Ho: 3) Analyses, conclusies en aanbevelingen Funderingsmethode 3 Variant 3 Figuur 2.1: werkmethode variantenstudie 31

32 Afbeelding 2.1: funderingsherstel Leidsegracht 66 Bouwkosten Algemeen Bij elke (wapenings)variant wordt een kostenoverzicht gegeven. Deze paragraaf behandeld de uitgangpunten en voorwaarden die worden gesteld aan deze overzichten. Materiaal en materiaalkosten In dit kostenoverzicht komen de verschillende materialen en bijbehorende kosten aan bod die benodigd zijn voor het funderingsherstel. Materiaalkosten die bij de varianten hetzelfde zijn worden buiten beschouwing gelaten. Dit zijn bijvoorbeeld de materiaalkosten van de werkvloer en stempels. Het kan dat er bij een variant meer of minder palen benodigd zijn. Daarom worden de kosten en hoeveelheid materialen van de palen ook gespecificeerd. De materiaalkosten zijn opgevraagd of gebruikt van de volgende leveranciers: Mebin B.V. Amsterdam (beton). De Waalpaal (stalen buispalen). Krijt en Zonen B.V. (wapening). Hadek beton en vlechtwerk (wapening). Uitvoeringskosten In dit kostenoverzicht worden de kosten gespecificeerd per stap in de uitvoering die in hoofdstuk 2.4 worden besproken. Per variant kunnen verschillen ontstaan in uitvoeringsduur. Om deze verschillen te kunnen benoemen worden per variant de uitvoeringskosten uitgewerkt met de bijbehorende manuren. Hieruit volgen de totale bouwkosten. De totale bouwkosten zijn bepaald met prijzen van aannemers [1,2] en van leveranciers (zie paragraaf materiaal en materiaalkosten). In de totale uitvoeringskosten worden de materiaalkosten ook meegenomen. De uitvoeringskosten worden beperkt tot het betonwerk, het fundatiewerk en het controlewerk. Alleen kosten waartussen verschillen kunnen ontstaan bij de verschillende varianten worden meegenomen (bouwkosten literatuuronderzoek 1c t/m 1j worden niet meegenomen). Alle kosten zijn ex btw. 32

33 Onderdeel Constructie Status Schuin dak Houten kapconstructie met beschot en pannen Bestaand Plat dak Houtconstructie met beschot en bitumen dakbedekking Bestaand Verdiepingsvloeren Houten balklagen met beschot Bestaand Begane grondvloer Houten balklaag Bestaand Begane grondvloer Bestaat uit de nieuw aan te brengen betonvloer (funderingsplaat op palen) dikte n.t.b. Nieuw Constructieve woning scheidende wanden Steens metselwerk d = 220 mm Bestaand Voorgevel Steens metselwerk d = 220 mm Bestaand Achtergevel Steens metselwerk d = 220 mm Bestaand Muren onder maaiveld Anderhalf steens metselwerk d = 330 mm. Bestaand Tabel 2.1: constructieve opbouw Leidsegracht Constructieve gegevens pand Constructieve opbouw pand Het pand bestaat uit vijf verdiepingen. De begane grondvloer, de 1 e t/m 3 e verdieping en de zolder. Het pand heeft aan de achterzijde een uitbouw. Deze uitbouw is constructief gezien losgekoppeld van het hoofdgebouw. De fundering van de uitbouw wordt niet hersteld. De vloeren zijn houten balklagen met beschot. Er is geen afwerklaag op de vloeren aangebracht. De dakconstructie is deels een houten kapconstructie met beschot en pannen. Het andere deel van het dak bestaat uit plat dak. Dit dak bestaat ook uit een houtconstructie met beschot en een bitumen dakbedekking. De muren vanaf maaiveldniveau zijn steens metselwerk (220 mm). De muren onder maaiveldniveau zijn anderhalf steens metselwerk (330 mm). In bovenstaande tabel zijn de gegevens van de constructieve opbouw weergegeven. Stabiliteit De stabiliteit van de bestaande constructie komt niet in het geding. De dwarsstabiliteit van het pand wordt ontleend aan de metselwerk penanten. De langsstabiliteit van het pand wordt ontleend aan de woning scheidende bouwmuren. De dwarsstabiliteit van de zolderverdieping wordt gerealiseerd met een momentvast portaal. De stabiliteitsvoorzieningen worden niet aangepast. Afbeelding 2.2: stabiliteit voor- en achtergevel bij windbelasting, Leidsegracht 66 33

34 2.1.2 Geotechniek Algemeen Het funderingsherstel wordt gefundeerd op inwendig geheide stalen buispalen. Deze heimethode is trillingsarm. Om de locaties en het aantal palen te kunnen bepalen is het paaldraagvermogen van belang. Dit is met berekeningen bepaald in de bijlage. De resultaten van deze berekeningen zijn weergegeven in de volgende paragraaf. De veerstijfheid van de palen is van belang voor de momentenverdeling en de belastingafdracht in de constructie. De gemeente Amsterdam heeft om dit te voorkomen richtlijnen opgesteld voor de maximale afstand tussen de bestaande en nieuwe heipalen. De richtlijnen zijn weergeven in onderstaande tabellen. De afstand tussen de palen is afhankelijk van het inheiniveau. De richtlijnen zijn alleen geldig voor funderingen die niet worden hersteld. I.v.m. confrontatie met de oude fundering is de minimale paalafstand vanaf de bouwmuur 500 mm. Deze afstand kan met de richtlijnen uit onderstaande tabel groter worden. Tevens moet de onderkant van de nieuwe constructievloer 500 mm hoger worden aangebracht dan het aanlegniveau van de oude fundering. Er zijn drie verschillende funderingsmethoden voor de inwendig geheide stalen buispaal berekend: 1. Paal ø , geheid op de eerste zandlaag. 2. Paal ø , geheid op de eerste zandlaag. 3. Paal ø , geheid op de tweede zandlaag. Van deze drie methoden wordt één methode gekozen die wordt toegepast bij de wapeningsvarianten in het volgende hoofdstuk. Belendende funderingen Tijdens het heien mag de bestaande fundering van de belendingen niet worden ondermijnd. Door het heien van de nieuwe palen kan er grondtransport plaatsvinden waardoor schade ontstaat aan de bestaande fundering. Dit moet worden voorkomen. Afbeelding 2.3: nieuwe en oude fundering In te brengen paal naar dezelfde zandlaag of hoger dan de belending Bestaand paaltype In te brengen paaltype Grondverdringende paal Grondverwijderende paal Houten palen 2,0 Db + 2,0 Dn 4,5 Db + 1,5 Dn Overige palen 2,0 Db + 2,0 Dn 4,5 Db + 1,5 Dn In te brengen paal naar een dieper gelegen zandlaag dan de belending Bestaand paaltype In te brengen paaltype Grondverdringende paal Grondverwijderende paal Houten palen 2,0 Db + 2,0 Dn 4,5 Db + 1,5 Dn Overige palen 2,0 Db + 2,0 Dn 4,5 Db + 1,5 Dn Db = equivalente paaldiameter van bestaande paal, Dn = equivalente paalpuntdiameter van de in te brengen paal. Als de locatie van de palen niet bekend is moet worden gerekend vanaf de binnenkant van de bouwmuur. Figuur 2.1: regels voor paalafstand t.o.v. bestaande belendingen voor funderingen die niet worden hersteld [3] 34

35 Sondering Maaiveldhoogte [m NAP] Paalpuntniveau [m NAP] R c;net;d in kn Inwendig geheide Stalen buispalen Ø 219/230 mm Ø 273/290 mm K p in N/mm Inwendig geheide Stalen buispalen Ø 219/230 mm Ø 273/290 mm DKM2 +0,32-13, DKM2 +0,32-18, Tabel 2.2: paaldraagvermogens (R c;net;d) en veerstijfheden (K p) Paaldraagvermogens en veerstijfheden In de bijlage zijn voor drie verschillende schachtdiameters en inheiniveaus de paaldraagvermogens en veerstijfheden bepaald. De resultaten van deze berekeningen zijn weergegeven in bovenstaande tabel. De paaldraagvermogens zijn weergegeven als netto draagkracht (R c;net;d ). Dit betekent dat de negatieve kleefbelasting van het karakteristieke paaldraagvermogen is afgetrokken (zie berekeningen bijlage). De veerstijfheden van de palen (K p ) worden gebruikt in de EEM berekeningen van de varianten. Conclusies en keuze voor funderingsmethode Uit de berekeningen van de funderingsvarianten blijkt dat het funderingstype waarbij geheid wordt op de tweede zandlaag met een paaldiameter van 219 mm het meest gunstig is. De volgende redenen bepalen de keuze voor een funderingsmethode: Een hoger paaldraagvermogen betekent dat de h.o.h. afstanden van de palen groter kunnen worden wat leidt tot minder palen. Wel nemen de momenten in de constructie toe waardoor er grotere hoeveelheden wapening en/of een dikkere vloer toegepast moeten worden. Een grote veerstijfheid op de tweede zandlaag. Dit zorgt voor kleinere zettingen dan bij fundaties op de eerste zandlaag. De zettingen beginnen als de belastingafdracht plaats gaat vinden via de nieuwe fundering. Als wordt gefundeerd op de eerste zandlaag hoeft er tijdens het heien geen zandlaag gepasseerd te worden. Dit zorgt voor minder trillingen tijdens de uitvoering. De paallengte is bij funderingen op de eerste zandlaag kleiner dan bij funderingen op de tweede zandlaag. Dit zorgt voor een lagere staalprijs en uitvoeringskosten. Het verschil in diameter heeft minder invloed op de staalprijs dan de lengte van de paal. Echter moeten er bij fundaties op de eerste zandlaag meer palen worden toegepast (bij de bekeken methoden). De ponsweerstand van de betonvloer is groter bij een grotere paaldiameter. Dit bij gelijkblijvende constructiediktes. Als bovenstaande voor- en nadelen tegen elkaar worden afgewogen is de keuze voor funderen op de tweede zandlaag met een paaldiameter van 219 mm, in deze situatie, de beste keuze. Deze keuze wordt ondersteund door de heer F. Seignette (Fugro). Afbeelding 2.4: paaltype en paalpuntniveau stalen buispaal in sondering DKM2 35

36 2.2 Variant Gegevens en uitgangspunten Algemeen Bij variant 1 wordt het funderingsherstel voor de Leidsegracht 66 uitgewerkt als een betonconstructie die geheel is gewapend met traditionele wapening. Vloerdikte De vloerdikte van de constructievloer of funderingsplaat is zo dun mogelijk gekozen. Een vloerdikte van 350 mm is gekozen als optimale vloerdikte. De vloerdikte wordt in dit geval niet bepaald door de ponscapaciteit of dwarskrachtcapaciteit van de vloer. Als pons of dwarskracht maatgevend zou zijn dan zou de vloer dunner uitgevoerd kunnen worden. De vloerdikte is gekozen vanwege de meest optimale wapeningspercentages. Bij een vloerdikte van 300mm worden de wapeningpercentages dermate hoog dat staafafstanden voor problemen kunnen gaan zorgen bij de uitvoering. Dit specifiek in hoeken waar kaswapening en vloerwapening elkaar ontmoeten. Voor een vloerdikte van 400 mm is niet gekozen omdat een vloerdikte van 350 mm voldoet. Bij een vloerdikte van 400 mm moet verder worden ontgraven wat zorgt voor hogere afvoerkosten van de grond. Tevens worden de palen in deze situatie zwaarder belast. Dit zou kunnen zorgen voor extra palen omdat de palen bij een vloerdikte van 350 mm al op sommige punten tot het maximale worden belast. Rekenmethode De plaatfundering is berekend met het eindige elementen programma AxisVM. Voor de meshwijdte is i een halve meter aangehouden. Dit zorgt voor resultaten die in dit geval nauwkeurig genoeg zijn. Er zijn geen grote verschillen in overgangen t.p.v. de grensgebieden van de momenten. Het momentenverloop in de constructie verloopt geleidelijk. Met de uitvoer uit AxisVM is het meest optimale palenplan opgesteld. Hierbij is geprobeerd om de palen gelijk te belasten. Dit zorgt voor gelijke vervormingen aangezien de funderingsplaat niet oneindig stijf is. Met eigenschappen als betonkwaliteit en wapeningsstaalkwaliteit zijn vervolgens de wapeningshoeveelheden in mm 2 /m uitgerekend. Met deze waarden is de wapening bepaald. De berekening is lineair statisch uitgevoerd. Dit betekend dat er niet plastisch is gerekend en zaken als vermoeiing niet worden meegenomen in de resultaten. Dit is ook niet van toepassing. Afbeelding 2.5: confrontatielocatie kaswapening met vloerwapening (plattegrond, kisttekening) De wapening is overal minimaal gekozen. Er wordt i.v.m. de uitvoering praktisch gewapend. Dit wordt bij alle varianten gedaan. Zo kunnen de varianten correct met elkaar worden vergeleken. Afbeelding 2.6: uitvoer AxisVM 36

37 2.2.2 Overzicht resultaten onderzoek Algemeen De vloer en kaswapening is getekend in tekening V01 d.d Voor deze tekening en de bijbehorende berekeningen wordt verwezen naar de bijlagen. Op onderstaande afbeelding en tabellen is tekening V01 te zien (niet op schaal) en zijn de verschillende tabellen met daarin de totale materiaal en uitvoeringskosten weergegeven. Afbeelding 2.7: fragment van tekening V01 (wapening) Bouwkosten Omschrijving Aantal Diameter Dikte Lengte Breedte Aantal Prijs per Prijs totaal stuks m m m m kg eenheid 1. Palen Inwendig geheide stalen buispalen 18 0, ,00 /m , ,00 2. Funderingsplaat Beton basis C20/25 XC2 S3 1 0,35 10,23 4,75 85,00 /m ,63 Toeslag C30/37 XC2 S3 1 0,35 10,23 4,75 8,00 /m 3 136,06 Citycrete incl. grind D max ,35 10,23 4,75 10,80 /m 3 183,68 Binnenstadtoeslag 1 0,35 10,23 4,75 5,00 /m 3 85,04 Wapening ,95 /kg 1.776, ,90 Totaal materiaalkosten: ,90 Tabel 2.3: materiaalkosten variant 1 Omschrijving Hoeveelheid Kosten/ Manuren Uurloon Totaal eenheid 1. Fundatiewerk Inwendig geheide stalen buispalen ø stuks 1.500, , ,00 2. Betonwerk Aanbrengen wapening 1 stuks 32,00 38, ,00 Wapeningskeuring 1 stuks 4,00 75,00 300,00 Aanbrengen betonvloer 1 stuks 6,00 40,75 244,50 Wapening 1870 kg 0, ,50 Wapeningsverlies, supporters en dekkingsblokjes (5% wap.) 93,5 kg 0,95 88,83 Beton Constructievloer C30/37 XC2 S3 17 m 3 108, ,60 Pompmixer 1 stuks 290,00 290,00 Overschrijding lostijd van 1 uur 1 uur 174,00 174,00 Gereedschapshuur (trilnaald, laser)* 1 stuks 70,00 70,00 Verkeersontheffing (vergunning)** 2 uur 75,00 150,00 *Uitgaande van 1 dag huur bij Bo-rent (afwerkspaan + trilnaald) 6.159,43 **De kosten voor het aanvragen van de vergunning ( 110,-) zijn niet meegenomen Totaal uitvoeringskosten ,43 Tabel 2.4: uitvoeringskosten variant 1 37

38 2.3 Variant Gegevens en uitgangspunten Algemeen Bij deze variant wordt het funderingsherstel voor de Leidsegracht 66 uitgewerkt als een betonconstructie die deels is gewapend met traditionele wapening en deels met strain hardening staalvezelwapening (hybride gewapende betonconstructie). De hoeveelheid staalvezels in het beton is zo gekozen dat de hoeveelheid traditionele wapening tot een minimum wordt beperkt. Vloerdikte Ook bij deze variant wordt de vloerdikte tot een minimum beperkt. De vloerdikte wordt bij deze variant bepaald door de voor funderingsherstel geldende eisen m.b.t. maximale wapening en overige eisen (zie voorgaand hoofdstuk, confrontatie wapening). De wapeningspercentages worden hoger naarmate de vloer dunner wordt (de nuttige hoogte neemt af, de arm wordt kleiner, M = F. a). De vloerdikte wordt in dit geval niet bepaald door pons- en/of dwarskrachtweerstand. Ponsen/of dwarskrachtwapening is in de vloer, met uitzondering van de dwarskrachtwapening in de kassen, niet wenselijk. Als deze wapening noodzakelijk is wordt de vloerdikte vergroot. De vloerdikte van variant 2 bedraagt, net als in variant 1, 350 mm. Voor de detaillering en uitvoering van hybride staalvezelbeton gelden specifieke eisen die in het hoofdstuk uitvoering en op tekening V02 worden toegelicht. Rekenmethode De hoeveelheid wapening voor variant 2 is bepaald met een Excel sheet. Deze Excel sheet is opgesteld a.d.h.v. voorwaarden en uitgangspunten die in de bijlage worden besproken. De momentenverdeling in de vloer is net als bij variant 1 bepaald met het EEM programma AxisVM. Hybride gewapend beton kan niet met dit programma worden berekend. De berekeningen in de bijlage zijn zo opgesteld zodat lezers van dit onderzoek zelf dergelijke berekeningen, kunnen uitvoeren (zie berekening t.b.v. omgevingsvergunning). Op onderstaande afbeelding is het gehanteerde spannings- en rekfiguur te zien dat wordt gebruikt om de momentcapaciteit van een hybride gewapende betondoorsnede te bepalen. Staalvezels De staalvezels die in het beton worden toegevoegd zijn de Dramix 5D 65/60BG staalvezels van de firma Bekaert. De vezels worden toegevoegd aan het betonmengsel in de verhouding 35 kg/m 3. Als deze hoeveelheid toeneemt, zorgt dit niet voor sterk verbeterende eigenschappen van het beton wat betreft de buigtreksterkten. 35 kg/m 3 is volgens Bekaert tevens de meest economische hoeveelheid. Lagere hoeveelheden zijn goedkoper maar de toelaatbare buigtreksterkten zijn lager. Tevens maakt het qua arbeidsloon niet heel erg uit. De staalvezels moeten toch aan het mengsel worden toegevoegd. Afbeelding 2.8: gehanteerd spannings- en rekfiguur voor de bepaling van het opneembare moment van hybride gewapend staalvezelbeton 38

39 2.3.2 Overzicht resultaten onderzoek Algemeen De vloer en kaswapening is getekend in tekening V02 d.d Voor deze tekening en de bijbehorende berekeningen wordt verwezen naar de bijlagen. Op onderstaande afbeelding en tabellen is tekening V01 te zien (niet op schaal) en zijn de verschillende tabellen met daarin de totale materiaal- en uitvoeringskosten weergegeven. Afbeelding 2.9: fragment van tekening V02 (wapening) Bouwkosten Omschrijving Aantal Diameter Dikte Lengte Breedte Aantal Prijs per Prijs totaal stuks m m m m kg eenheid 1. Palen Inwendig geheide stalen buispalen 18 0, ,00 /m , ,00 2. Funderingsplaat Beton basis C20/25 XC2 S3 1 0,35 10,23 4,75 85,00 /m ,63 Toeslag C30/37 XC2 S3 1 0,35 10,23 4,75 8,00 /m 3 136,06 Citycrete incl. grind Dmax ,35 10,23 4,75 10,80 /m 3 183,68 Binnenstadtoeslag 1 0,35 10,23 4,75 5,00 /m 3 85,04 Wapening 1 988,6 0,95 /kg 939,17 35 kg/m 3 Dramix 5D 65/60BG ,90 /kg 1.130, ,07 Totaal materiaalkosten: ,07 Afbeelding 2.10: materiaalkosten variant 2 Omschrijving Hoeveelheid Kosten/ Manuren Uurloon Totaal eenheid 1. Fundatiewerk Inwendig geheide stalen buispalen ø stuks 1.500, , ,00 2. Betonwerk Aanbrengen wapening 1 stuks 12,00 38,00 456,00 Wapeningskeuring 1 stuks 4,00 75,00 300,00 Aanbrengen betonvloer 1 stuks 6,00 40,75 244,50 Wapening 988,6 kg 0,95 939,17 Wapeningsverlies, supporters en dekkingsblokjes (5% wap.) 49,43 kg 0,95 46,96 35 kg/m 3 Dramix 5D 65/60BG 595 kg 1, ,50 Toevoegen staalvezels aan betonmengsel (staalvezels.) 595 kg 0,60 357,00 Beton Constructievloer C30/37 XC2 S3 17 m 3 108, ,60 Pompmixer 1 stuks 290,00 290,00 Overschrijding lostijd van 1 uur 1 uur 174,00 174,00 Gereedschapshuur (trilnaald, laser)* 1 stuks 70,00 70,00 Verkeersontheffing (vergunning)** 2 uur 75,00 150,00 *Uitgaande van 1 dag huur bij Bo-rent (afwerkspaan + trilnaald) 6.007,73 **De kosten voor het aanvragen van de vergunning ( 110,-) zijn niet meegenomen Totaal uitvoeringskosten ,73 Afbeelding 2.11: uitvoeringskosten variant 2 39

40 2.4 Variant Gegevens en uitgangspunten Algemeen Bij deze variant wordt het funderingsherstel voor de Leidsegracht 66 uitgewerkt als betonconstructie die geheel is gewapend met strain hardening staalvezelwapening. Het is echter in de praktijk (nog) niet mogelijk om de constructie geheel in strain hardening staalvezels uit te voeren. Dit om de volgende redenen: Staalvezels kunnen niet (geheel) de spanningen opnemen die ontstaan bij verhinderde krimp. Om de waterdichtheid van de constructie te kunnen waarborgen moet de constructie uitwendig beschermd worden (verven, bitumen) of moet traditionele wapening worden toegepast. Op locaties waar een homogene vezelverdeling in het beton niet gegarandeerd kan worden moet de constructie traditioneel worden bewapend. De waterdichtheid van de constructie komt in dit geval niet in het gedrang vanwege de grote constructiedikte en de ligging boven het grondwaterpeil. T.p.v. de locaties waar verhinderde krimp kan plaatsvinden (kassen - vloer) wordt wapening toegepast. Vloerdikte en kashoogte De vloerdikte wordt in dit geval bepaald door de opneembare momentcapaciteit van het staalvezelbeton. De staalvezel die wordt toegepast bij deze variant is de Dramix 5D 65/60BG vezel. Deze vezel wordt net als bij variant 2 toegepast in de verhouding 35 kg/m 3 beton. Een hogere dosering van de staalvezels toepassen heeft geen zin (zie uitleg variant 2). De constructiehoogte van de vloer wordt bepaald door het maximaal in de constructie aanwezige moment. Dit is in dit geval 246 knm. Dit moment is maar op enkele plekken in de constructie aanwezig. Omdat er in de constructie (met uitzondering van de randen en kassen) geen traditionele wapening wordt toegepast, moet de hele vloer op dit moment worden gedimensioneerd. De constructiehoogte van de vloer bedraagt daarom voor deze variant 650 mm. De kashoogte bedraagt net als bij de andere varianten 350 mm. Als de kashoogte net zo hoog wordt als vloerhoogte moet in elke kas een schroefstempel worden geplaatst. Tevens is een kashoogte van 650 mm als slecht metselwerk wordt aangetroffen niet mogelijk. Er kan in de kassen niet worden gegarandeerd dat de vezelverdeling homogeen is. Daarom worden de kassen, net als bij variant 1 en 2, geheel traditioneel gewapend. Rekenmethode De opneembare momentcapaciteit van de staalvezelbetonconstructie is ook bij deze variant bepaald met de opgestelde Excelsheet. De bepaling van de momentenverdeling in de constructie en de bepaling van de paalreacties is weer bepaald met AxisVM. Omdat de vloerdikte bij deze variant enorm is toegenomen t.o.v. de andere varianten (300 mm) is het van belang om te controleren of de toelaatbare paalbelasting niet wordt overschreden. In variant 1 en 2 worden de palen op sommige punten al bijna tot het maximale belast. Omdat de vloer dikker is uitgevoerd vervormd deze ook minder. De stijfheid van de vloer is aanzienlijk toegenomen. Doordat de stijfheid van de vloer is toegenomen worden de palen gelijkmatiger belast dan bij variant 1 en 2. Dit ondanks de verdeelde belastingen op de vloer. De stijfheid van de vloer is dermate hoog zodat het verschil tussen de hoogst en laagst belaste paal is afgenomen tot 30 kn. Dit terwijl er bij variant 1 en 2 een verschil zit tussen de hoogste en laagst belaste paal van 79 kn. De vloer is in variant 3 bijna twee keer zo dik uitgevoerd. De stijfheid van de vloer is meer dan twee keer zo groot geworden. Dit heeft gelijkmatigere zakkingen tot gevolg. Echter kan je je afvragen of de constructies die zijn uitgerekend in variant 1 en 2 in de praktijk ongelijk zullen gaan vervormen. 40

41 2.4.2 Overzicht resultaten Algemeen De vloer en kaswapening is getekend in tekening V03 d.d Voor deze tekening en de bijbehorende berekeningen wordt verwezen naar de bijlagen. Op onderstaande afbeelding en tabellen is tekening V01 te zien (niet op schaal) en zijn de verschillende tabellen met daarin de totale materiaal- en uitvoeringskosten weergegeven. Bouwkosten Omschrijving Aantal Diameter Dikte Lengte Breedte Aantal Prijs per Prijs totaal stuks m m m m kg eenheid 1. Palen Inwendig geheide stalen buispalen 18 0, ,00 /m , ,00 2. Funderingsplaat Beton basis C20/25 XC2 S3 1 0,65 10,23 4,75 85,00 /m ,74 Toeslag C30/37 XC2 S3 1 0,65 10,23 4,75 8,00 /m 3 252,68 Citycrete incl. grind Dmax ,65 10,23 4,75 10,80 /m 3 341,12 Binnenstadtoeslag 1 0,65 10,23 4,75 5,00 /m 3 157,93 Wapening ,95 /kg 250,80 35 kg/m 3 Dramix 5D 65/60BG ,5 1,90 /kg 2.094, ,01 Totaal materiaalkosten: ,01 Tabel 2.5: materiaalkosten variant 3 Omschrijving Hoeveelheid Kosten/ Manuren Uurloon Totaal eenheid 1. Fundatiewerk Inwendig geheide stalen buispalen ø stuks 1.500, , ,00 2. Betonwerk Aanbrengen wapening 1 stuks 8,00 38,00 304,00 Wapeningskeuring 1 stuks 4,00 75,00 300,00 Aanbrengen betonvloer 1 stuks 6,00 40,75 244,50 Wapening 264 kg 0,95 250,80 Wapeningsverlies, supporters en dekkingsblokjes (5% wap.) 13,2 kg 0,95 12,54 35 kg/m 3 Dramix 5D 65/60BG 1102,5 kg 1, ,75 Toevoegen staalvezels aan betonmengsel (staalvezels.) 1102,5 kg 0,60 661,50 Beton Constructievloer C30/37 XC2 S3 31,5 m 3 108, ,20 Pompmixer 1 stuks 290,00 290,00 Overschrijding lostijd van 1 uur 2 uur 174,00 348,00 Gereedschapshuur (trilnaald, laser)* 1 stuks 70,00 70,00 Verkeersontheffing (vergunning)** 2 uur 75,00 150,00 *Uitgaande van 1 dag huur bij Bo-rent (afwerkspaan + trilnaald) 8.153,29 **De kosten voor het aanvragen van de vergunning ( 110,-) zijn niet meegenomen Totaal uitvoeringskosten ,29 Tabel 2.6: uitvoeringskosten variant 3 41

42 2.5 Uitvoering varianten en omgevingsvergunning variant Funderingsherstel Algemeen Deze paragraaf behandeld d.m.v. verschillende afbeeldingen en beschrijvingen de stappen die tijdens de uitvoering van het funderingsherstel genomen moeten worden. Tussen de uitgevoerde wapeningsvarianten verschillen de uitvoeringsmethoden op enkele punten. Deze punten staan onder de afbeeldingen aangegeven. De afbeeldingen zijn op chronologische weergegeven. Stappenplan Afbeelding 2.12 Afbeelding Verwijderen begane grondvloer (balklaag) en inmeten bestaande constructie (muurdiktes e.d.). 2. Aanbrengen paalfundering (inwendig geheide stalen buispalen) en nivelleren grondniveau (zie paragraaf 2.4.2). Afbeelding 2.14 Afbeelding Aanbrengen ongewapende werkvloer in de betonkwaliteit C12/15 (d=50mm) en het volstorten van de stalen buispalen (C20/25). De paalwapening is niet afgebeeld. 4. Kassen hakken en het aanbrengen van sckroefstempels waar nodig. In dit geval worden in alle hoekkassen schroefstempels aangebracht. Deze stempels kunnen na de stort als verloren worden beschouwd. 42

43 Afbeelding 2.16 Afbeelding Aanbrengen van de wapening. De kaswapening is niet afgebeeld. Op deze afbeelding zijn de stempels die in de hoekkassen worden aangebracht goed te zien. De kaswapening wordt hier omheen gevlochten. De kaswapening wordt tegenwoordig vaak als prefab wapening aangeleverd. Bij de varianten waarbij de vloer deels of geheel in staalvezelwapening wordt uitgevoerd, is de wapening minder of geheel afwezig. Er worden aanvullende eisen gesteld aan de uitvoering van staalvezelbeton (zie paragraaf 2.5.3). 6. Nadat de wapening is gevlochten wordt de wapening gekeurd. De keuring wordt uitgevoerd door het betrokken adviesbureau. In sommige gevallen wordt de wapening ook nog door de gemeente gekeurd. Nadat de wapening is goedgekeurd wordt het beton gestort. 28 dagen na de stort heeft het beton de ontworpen eindsterkte bereikt. Afbeelding 2.18 Afbeelding Nadat het beton voldoende is uitgehard wordt de ruimte in de kassen, tussen de constructieve betonvloer en het metselwerk, aangekauwd met krimparme mortel. Het is van belang dat dit het aankauwen (of ondersabelen) zorgvuldig wordt uitgevoerd. Zo ontstaan geen luchtkamers. Na het optreden van lichte nazettingen wordt de belasting in steeds grotere mate overgedragen op de nieuwe fundering. Bij funderingsherstel waarbij de nieuwe fundering niet op spanning wordt gebracht (d.m.v. voorspanning) zijn dus altijd (lichte) nazettingen te verwachten. 43

44 2.5.2 Paalfundering Tijdens het heien van de paalfundering wordt gekalenderd. Met de kalender kan gecontroleerd worden of de grondsamenstelling overeenkomt met de sondering. Tijdens het kalenderen worden het aantal slagen gemeten die benodigd zijn om de paal 0,25 meter de grond in te heien. Het meten herhaald zich totdat de paal het inheiniveau heeft bereikt. De hoogte van het valblok wordt zo hoog mogelijk gekozen. De mogelijke hoogte is afhankelijk van de werkhoogte en het inheiniveau van de paal. De werkhoogte moet ten minste 1,50 à 1,80 meter bedragen. Als maximale valhoogte wordt vaak 2 tot 3 meter aangehouden. Grotere valhoogtes kunnen leiden tot trekspanningen in de paalmantel en paalvoet. Deze trekspanningen kunnen paalbreuk kunnen veroorzaken. Een stalenbuispaal wordt aan de onderzijde afgesloten met een aangelaste voetplaat. Deze voetplaat heeft een grotere diameter dan de buis. De grote van de voetplaat bepaald de paalvoetvormfactor (β). Bij een grote voetplaat wordt negatieve en positieve kleef gereduceerd. Deze grindprop zorgt ervoor dat de heikrachten worden overgedragen naar de paalmantel en naar de ondergrond. Als er geen grindprop wordt toegepast, wordt de paal te direct belast wat kan zorgen voor het bezwijken van de paal. De functie van een grindprop kan worden vergeleken met de houten blokken (heimuts) tussen een betonnen heipaal en het dieselblok. Doordat de grindprop door het heien wordt verdicht zijn geen na-zakkingen te verwachten. Dit nadat de paal is gevuld met beton. Tijdens het heien, kan de paal, door objecten in de grond, een afwijking krijgen. Deze afwijking is tijdens de eerste twee meter heien meestal nog te herstellen. De afwijking van de paal is vast te stellen met een lamp. Deze methode is weergegeven in onderstaande afbeelding. De kromming (afwijking) van de paal kan een horizontaalkracht in de fundering introduceren. Deze moet opneembaar zijn. Ook kan door een kromming de krachtsverdeling in de paal veranderen waardoor de toelaatbare spanningen in de paal en in het beton worden overschreden. Dit moet worden gecontroleerd. Voor de berekeningsmethode wordt verwezen naar de BRL 1710 [4]. Alvorens wordt gestart met heien wordt in de heipaal een grindprop aangebracht. Afbeelding 2.20: meten van de kromming van de paal conform BRL 1710 [4] 44

45 2.5.3 Staalvezelbeton Algemeen Aan de uitvoering van staalvezelbeton worden op enkele punten andere eisen gesteld dan bij normaal beton. De detaillerings- en uitvoeringsregels die gelden voor staalvezelbeton worden in dit hoofdstuk behandeld. De regels zijn opgesteld m.b.v. de uitgevoerde literatuurstudies en de verslagen van de gesprekken met professionals (zie bijlagen). Detaillerings- en ontwerpregels De minimale ruimte tussen de wapeningsstaven bedraagt 100 mm of 1,5 x l vezel (zie 1a) o De 5D vezels die worden toegepast hebben een vezellengte van 60 mm. De minimale ruimte tussen de wapeningstaven bedraagt dus 100 mm. Bij verhinderde krimp moet altijd standaard wapening worden toegevoegd. Verhinderde krimp treedt o.a. op bij stortnaden tussen oud en nieuw beton (zie 1b). De eigenschappen van staalvezelbeton zijn niet van toepassing t.p.v. stortnaden (zie 1b). Bij leidingdoorvoeren moet altijd traditionele wapening worden bijgelegd. Hier zitten geen vezels die nuttig werken (zie 1c). De minimale betonkwaliteit is C30/37. Bij lagere betonkwaliteiten wordt de vezel uit het beton getrokken voordat deze gaat werken. Deze regel geldt voor de 4D en 5D vezelfamilies. Uitvoeringsregels Vezelbeton kan met een betonpomp en met een kubel gestort worden. De orientatierichting van de vezels is loodrecht op de stortrichting (zie 1d). De minimale consistentieklasse van staalvezelbeton bedraagt F4 (vloeibaar) of F5 (zeer vloeibaar). Dit adviseert Mebin Amsterdam [5]. Bekaert adviseert een consistentieklasse van F3 of hoger aan te houden. Mijn aanbeveling is om het advies van Mebin aan te houden. De meest ideale betonsamenstelling wat betreft granulaatafmetingen is 40-50% D max 16 en 50-60% D max 32. Als het beton wordt verpompt is de maximale granulaatafmeting D max 16. Segregatie (ontmenging) van beton kan optreden bij een overmaat aan natrillen van het beton. Bij segregatie van beton zakken de zware delen in het beton zoals grind en staalvezels naar de onderkant van de betonmatrix. Als er geen segregatie optreed wordt de vezeloriëntatie in het beton ook niet verstoort. Staalvezelbeton kan net als normaal beton worden nagetrild. Het inmengen van staalvezels in het beton geschied bij voorkeur met een automatisch doseringssysteem in de centrale menger van de betoncentrale. Het leveren van gecertificeerd staalvezelbeton dat mag worden toegepast in de hoofddraagconstructie wordt hiermee mogelijk. Als de staalvezels in de truckmixer worden toegevoegd moet de truckmixer minimaal 10 omwentelingen per minuut maken om de staalvezels goed te kunnen mengen. Dit is niet mogelijk bij hedendaagse truckmixers. Toch gaat bij 90% van de gevallen het toevoegen van staalvezels in de truckmixers goed en wordt er een homogeen mengsel verkregen. De molen van de truckmixer is dan redelijk nieuw of nieuw en heeft geen afgesleten schoepen. Vanuit kwaliteitsoogpunt verdient het toevoegen van staalvezels op de bouwplaats niet de voorkeur. Afbeelding 2.21: detaillerings- en uitvoeringsvoorschriften 45

46 2.5.4 Omgevingsvergunning variant 2 In Nederland was het tot voor kort nog niet mogelijk om een bouwvergunning te krijgen voor hoofdraagconstructies die hybride of geheel zijn gewapend met staalvezels. Dit komt door de in Nederland ontbrekende regelgeving voor dit soort toepassingen. Het was vanwege deze reden dan ook niet mogelijk om funderingsherstel uit te voeren in (hybride gewapend) staalvezelbeton. Bij de gemeente Rotterdam is hier verandering in gekomen. Dit komt door de inmiddels, in het buitenland (Duitsland en Italië) en door werkgroepen (Model Code 2010) opgestelde regelgeving en richtlijnen. Er is nu regelgeving en een richtlijn beschikbaar waarmee hoofdraagconstructies, uitgevoerd in staalvezelbeton, uitgerekend kunnen worden. In Nederland wordt deze regelgeving alleen nog niet overal erkend. Een samenvatting van deze regelgeving is te vinden in CUR rapport 246. Als deze regelgeving en richtlijn in samenwerking met de Nederlandse regelgeving wordt gebruikt, mag funderingsherstel, na goedkeuring door Bureau Hageman, in Rotterdam worden uitgevoerd in hybride gewapend staalvezelbeton. Tijdens mijn afstudeertraject wil ik bereiken dat het ook in de gemeente Amsterdam mogelijk wordt om funderingsherstel uit te voeren in hybride gewapend staalvezelbeton. De berekeningen die ik voor variant 2 heb gemaakt, heb ik (in een andere vorm) ter goedkeuring ingediend bij Peter Hoekstra (teamleider constructie BWT, Amsterdam Stadsdeel Centrum). Bij het schrijven van dit stuk is nog niet bekend of de vergunning op de gehanteerde methode verleend kan worden. Als de berekening wordt goedgekeurd is het mogelijk om in Amsterdam en waarschijnlijk omliggende gemeenten funderingsherstel uit te voeren in hybride gewapend staalvezelbeton. Hier is nog overleg voor noodzakelijk. Het verlenen van de vergunning door de verschillende stadsdelen en gemeenten is dan mogelijk doordat de afdelingen bouw en woningtoezicht van verschillende gemeenten en stadsdelen zijn overgegaan in één dienst (Omgevingsdienst Noordzeekanaalgebied). Voor een overzicht van de deelnemende gemeenten zie de website van de omgevingsdienst Noordzeekanaalgebied [6]. 46

47 2.6 Conclusies per variant en geotechniek Algemeen Op basis van de voor de varianten gemaakte berekeningen zijn conclusies en opmerkingen geformuleerd. Deze conclusies en opmerkingen zijn in dit hoofdstuk uiteengezet. Aanbevelingen, conclusies en een Multicriteria analyse m.b.t. tot de gehele variantenstudie worden in het hierop volgende hoofdstuk uiteengezet Conclusies geotechniek Als er sprake is van belendende funderingen die niet worden hersteld, moeten de afstanden tussen de palen en de bouwmuren groter worden dan gebruikelijk wat zorgt voor grotere momenten in de vloer. Even zwaar belaste palen zorgen voor gelijke vervormingen van de constructie mits de palen op dezelfde diepte worden geheid. De eerste zandlaag is voor dit project, bij palen zonder verbrede voet of een ander paaltype, niet geschikt om op te funderen. De paaldichtheid wordt te groot als gefundeerd wordt op de eerste zandlaag met standaard stalen buispalen. Bij de uitvoering van de gekozen funderingsvariant treden relatief gezien meer trillingen op dan bij de overige funderingsvarianten. De eerste zandlaag moet namelijk tijdens het heien gepasseerd worden Conclusies Funderingsherstel variant 1 De minimale constructiehoogte van de vloer bedraagt 350 mm. In AxisVM is een meshwijdte van een halve meter nauwkeurig genoeg om betrouwbare en goed te gebruiken resultaten te genereren voor de bepaling van de wapening. Dit geldt tevens voor elke variant. De hoeveelheid toegepaste wapening bedraagt 1870 kg. Dit is inclusief 7% verlies door verankeringslengtes. De raming van de wapeningshoeveelheden per m 3 beton komt hiermee op 110,4 kg/m 3. De totale materiaalkosten (exclusief funderingskosten) bedragen 3.627,-. De totale uitvoeringskosten (exclusief funderingskosten) bedragen 6.159, Conclusies Funderingsherstel variant 2 De minimale constructiehoogte van de vloer bedraagt 350 mm. De onderwapening van de vloer kan geheel worden vervangen met staalvezelwapening. De staalvezelwapening die wordt toegepast is ongeveer gelijk aan een kruisnet kg/m 3 5D 65/60BG staalvezels is de meest gunstige verhouding van de strain hardening staalvezels in het beton. De totale hoeveelheid toegepaste staalvezels bedraagt 595 kg. De kaswapening kan niet in zijn geheel of deels worden vervangen door de staalvezelwapening. 47

48 De hoeveelheid toegepaste wapening bedraagt 988,6 kg. De raming van de wapeningshoeveelheden per m 3 beton komt hiermee op 58,4 kg/m 3. De totale materiaalkosten (exclusief funderingskosten) bedragen 3.920,-. De totale uitvoeringskosten (exclusief funderingskosten) bedragen 6.008, Conclusies Funderingsherstel variant 3 De minimale constructiehoogte van de vloer bedraagt 650 mm. De spreiding van de belasting over de paalfundering is beter dan bij de overige varianten. Dit is te verklaren door de grote stijfheid van de vloer (grote constructiehoogte). De maximaal toelaatbare paalbelasting wordt hierdoor niet overschreden. De gehele vloer moet met staalvezels worden bewapend op het maximaal in de vloer aanwezige moment. Dit is ongunstig. 35 kg/m 3 5D 65/60BG staalvezels is de meest gunstige verhouding van de strain hardening staalvezels in het beton. De totale hoeveelheid toegepaste staalvezels bedraagt 1102,5 kg. De kaswapening kan niet in zijn geheel of deels worden vervangen door de staalvezelwapening. De hoeveelheid toegepaste wapening bedraagt 264 kg. De raming van de wapeningshoeveelheden per m 3 beton komt hiermee op 8,4 kg/m 3. De totale materiaalkosten (exclusief funderingskosten) bedragen 5.782,01,-. De totale uitvoeringskosten (exclusief funderingskosten) bedragen 8.135,29, Bibliografie variantenstudie Bronverwijzingen [1] Bouwbedrijf De Vlucht B.V. [2] Aannemersbedrijf Scheurer B.V. [3] Aanvullende voorschriften bouwconstructies gemeente Amsterdam. [4] BRL 1710: Het aanbrengen van stalen buissegmentpalen, [5] Verslag bedrijfsbezoek Mebin, Tom Godthelp, [6] 48

49 3. Multicriteria analyse, conclusies en aanbevelingen In dit hoofdstuk wordt met behulp van een Multicriteria analyse een keuze gemaakt voor de meest geschikte variant. Hierop volgend worden conclusies en aanbevelingen gegeven welke het resultaat zijn van dit afstudeeronderzoek.

50 Inhoudsopgave Multicriteria analyse, conclusies en aanbevelingen 3.1 MULTICRITERIA ANALYSE Voorwaarden Resultaat CONCLUSIES AANBEVELINGEN 55 50

51 3.1 Multicriteria analyse Voorwaarden Algemeen De drie wapeningsvarianten die in het vorige hoofdstuk zijn behandeld worden in dit hoofdstuk met elkaar vergeleken met een Multicriteria analyse. Uit deze analyse zal blijken welke variant het meest geschikt is voor traditioneel funderingsherstel. Per variant worden punten toegekend aan de volgende criteria: Kosten. Afmetingen (dikte constructie). Uitvoeringsduur. Duurzaamheid. Risico. De punten die aan elke variant worden toegekend vormen per variant een balkgrafiek. De variant die uiteindelijk het hoogste scoort is de beste variant. Criteria en wegingsfactoren Enkele van de hierboven genoemde criteria zijn belangrijker dan de andere criteria. Het criterium kosten is het belangrijkste criterium. Dit criterium bepaald voor de grootste mate de keuze voor een variant. Om in de verschillende criteria onderscheid te kunnen maken is aan elk criterium een maximaal aantal te behalen punten toegekend (0-10). De wegingsfactor. De hoogte van de wegingsfactor is bepaald door dhr. P. Korse (afst. begeleider, expert fund. herstel). Kosten, 10 punten Zoals hierboven is omschreven zijn de kosten het belangrijkste criterium. De kosten die per variante met elkaar worden vergeleken zijn de uitvoeringskosten. De materiaalkosten zijn wel van belang maar worden in de uitvoeringskosten ook meegenomen. De uitvoeringskosten zijn de werkelijke kosten die een opdrachtgever heeft aan de onderdelen die worden begroot. De te behalen punten worden per variant bepaald met de formule: Afmetingen, 6 punten Met de afmetingen van de vloer wordt de werkelijke constructiehoogte van de vloer bedoeld. Als de constructiehoogte van de toeneemt, moet er voor deze specifieke toepassing funderingsherstel, meer grond worden afgegraven. Deze grond is vaak vervuild. Tevens zorgt een grotere constructiehoogte voor zwaarder belaste palen. Een grote constructiehoogte is ongunstig. De constructiehoogte is ook van invloed op de totale kosten. Dit criterium wordt echter al behandeld. De te behalen punten worden per variant bepaald met de formule: aantal punten kleinste constructiehoogte 6 werkelijke constructiehoogte Het criterium afmetingen heeft een wegingsfactor van 10 punten. Uitvoeringsduur, 6 punten Bij het criterium uitvoeringsduur worden de waarden voor uitvoeringsduur (in dagen) met elkaar vergeleken die zijn ingevuld bij de begrotingen voor de uitvoeringskosten. Een korte uitvoeringsduur is gunstig om de volgende redenen: Bewoners ondervinden minder hinder van de bouwwerkzaamheden. Een kortdurende uitvoering van het funderingsherstel zorgt ervoor dat de bewoners, die vaak in het pand blijven wonen tijdens de uitvoering, minder lang hinder ondervinden van de bouwwerkzaamheden. Mogelijke commerciële activiteiten kunnen zich weer sneller voortzetten in het pand. Parkeervoorzieningen en eventueel de straat zijn minder lang geblokkeerd. Overlast voor omwonenden en weggebruikers wordt hiermee beperkt. De te behalen punten worden per variant bepaald met de formule: aantal punten 10 laagste uitvoeringskosten var. werkelijke uitvoeringskosten aantal punten kortste uitvoeringsduur 6 werkelijke uitvoeringsduur Het criterium kosten heeft een wegingsfactor van 10 punten. Aan dit criterium kunnen maximaal 6 punten worden toegekend. 51

52 Duurzaamheid, 5 punten Zoals al eerder genoemd is in dit onderzoeksverslag wordt in dit onderzoek met duurzaamheid de technische levensduur van de constructie bedoeld (durability). Als de verwachting is dat er bij een bepaalde variant na een aantal jaar al onderhoud aan de constructie uitgevoerd moet worden scoort de variant bij dit criterium een laag aantal punten. Duurzaamheid is een breed begrip. Voor overige zaken m.b.t. duurzaamheid waar een constructie van staalvezelwapening mee te maken kan krijgen wordt verwezen naar het literatuuronderzoek (hoofdstuk staalvezelwapening, duurzaamheid). De milieuklasse voor beton bepaald in feite de duurzaamheidsklasse. Als de betonkwaliteit voldoet aan de milieuklasse kan voor het beton worden gegarandeerd dat de constructie ten minste 50 jaar mee kan gaan. Alle varianten zijn ontworpen op deze levensduur en moeten hier dus aan voldoen (scheurwijdte, dekking etc.). Er wordt dan ook voor elke variant een maximale hoeveelheid van 5 punten voor het criterium duurzaamheid toegekend. Vermoeiing van het materiaal kan ervoor zorgen dat de ontworpen levensduur niet wordt gehaald. Vermoeiingsbelasting is bij dit project n.v.t. Risico, 8 punten Risico is een criterium waarbij rekening wordt gehouden met het risico op uitvoeringsfouten. In onderstaande tabel zijn de uitvoeringsfouten weergegeven die kunnen voorkomen bij de onderzochte varianten. Zoals is te zien kunnen sommige uitvoeringsfouten alleen optreden bij een bepaalde variant. Elke uitvoeringsfout staat voor een punt. Als een uitvoeringsfout mogelijk is bij een variant wordt deze van de maximale hoeveelheid punten afgetrokken (8 punten). Zo kunnen de risicoverschillen tussen de varianten worden vergeleken. Bij het staalvezelbeton wordt er van uitgegaan dat de betoncentrale gecertificeerd staalvezelbeton levert. Staalvezelbeton mag anders niet worden toegepast in de hoofddraagconstructie. De kans dat gecertificeerd staalvezelbeton niet in de gewenste hoeveelheid wordt geleverd is al ingecalculeerd in de berkening. Bij de uitvoeringsfouten wordt hier daarom geen rekening mee gehouden. Uitvoeringsfout Kan optreden ja/nee* Variant 1 Variant 2 Variant 3 De dekking op de wapening voldoet niet. -0,5-0,5 +0,5 De wapening is niet gevlochten volgens tekening. -0,5-0,5 +0,5 De maaswijdte blijkt in de praktijk te klein. Hierdoor kan het (staalvezel)beton niet goed door de wapening vloeien. De consistentieklasse (vloeibaarheid) van het beton is te laag (de consistentieklasse van normaal beton blijft niet gelijk bij toevoeging van staalvezels aan het beton). De temperatuur van het beton wordt tijdens het uitharden te hoog waardoor scheurvorming optreedt. -0,5-0,5 +0,5 +0,25-0,5-0,5 +0,5 +0,5-0,5 De verankeringslengte van de wapening is niet voldoende. -0,5 +0,5 +0,5 De verankeringslengte van de wapening bevindt zich boven de palen. Het is niet mogelijk om het staalvezelbeton vanuit de voorkeursrichting te storten. In te storten leidingen bevinden zich op locaties waar de dwarskracht groot is. -0,5 +0,5 +0,5 +0,5-0,5-0,5-0,5-0,5-0,5 Door het natrillen van beton treedt segregatie op. -0,5-0,5-0,5 Het beton wordt niet voldoende verdicht. -0,5-0,5-0,5 *ja = -0,5; nee = +0,5; ja/nee = +0,25 Tabel 3.1: risicoanalyse m.b.v. uitvoeringsfouten Totaal aantal punten: 5,25 5,5 7,5 52

53 3.1.2 Resultaat Inleiding Op onderstaande tabellen en grafieken is een vergelijking en analyse te zien tussen de resultaten van de verschillende varianten. Bespreking kostenvergelijking De verschillen in uitvoeringskosten tussen variant 1 en 2 worden veroorzaakt door het arbeidsloon. De hogere materiaalkosten bij variant 2 in vergelijking tot variant 1 zijn te verklaren door de hogere kiloprijs van de staalvezels in vergelijking tot de kiloprijs van wapeningsstaal. Toch is te zien dat de hogere materiaalkosten van de staalvezels niet opwegen tegen het arbeidsloon. Het verschil is 150,-. Variant 3 is bij beide soorten kosten de duurste variant. Het grote verschil in kosten in wordt vooral bepaald door de grote hoeveelheid beton die benodigd is bij deze variant. Bespreking Multicriteria analyse De totale scores van de verschillende varianten liggen niet ver uit elkaar. De criteria verschillen tussen de varianten aanzienlijk. De kosten zijn zoals in de kostenvergelijking al is te zien tussen variant 1 en 2 aardig in evenwicht. Te zien is dat de criteria kosten, afmeting en uitvoering de grootste invloed hebben op het totaal. Dit geldt voor variant 1 en 2. Bij variant 3 bepaald vooral de afmeting van de vloer het uiteindelijke resultaat. Te zien is dat variant 2, kijkend naar de totalen, de gunstigste variant is. Kostenvergelijking Variant 1 Variant 2 Variant 3 kosten punten kosten punten kosten punten Materiaalkosten , , ,3 Uitvoeringskosten (materiaal, materieel en manuren) , , , Materiaalkosten Uitvoeringskosten (materiaal, materieel en manuren) Variant 1 Variant 2 Variant 3 Multicriteria analyse Max. aantal Variant 1 Variant 2 Variant 3 punten Kosten 10 9,8 10,0 7,4 Afmetingen (dikte constructie) 6 6,0 6,0 3,0 Uitvoeringsduur 6 2,4 4,0 6,0 Duurzaamheid 5 5,0 5,0 5,0 Risico 8 5,3 5,5 7,5 Verschil in % tussen varianten Var. 1-2 Var. 3-2 Totaal: 35 28,4 30,5 28,9 6,9% 5,3% 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Kosten Afmetingen (dikte constructie) Uitvoeringsduur Duurzaamheid Risico 5,0 0,0 Variant 1 Variant 2 Variant 3 Tabel 3.2: kostenvergelijking en Multicriteria analyse varianten 53

54 3.2 Conclusies Inleiding De conclusies in dit hoofdstuk zijn het resultaat van het gehele afstudeeronderzoek. Deze conclusies gaan niet diep in op technische aspecten maar geven een beeld van het totale resultaat van het afstudeeronderzoek. Conclusies Hybride gewapend staalvezelbeton is goed toepasbaar bij funderingsherstel. Het is realistisch om een traditioneel funderingsherstel hybride te bewapenen als zaken m.b.t. vergunningen voor de constructie en certificaten op staalvezelbeton mogelijk en verleend zijn. Variant 2 is de meest gunstige variant wat betreft de uitvoeringskosten en de Multicriteria analyse. Mijn verwachting is dat bij deze variant de uitvoeringskosten eerst hoger zullen zijn bij de eerste projecten die op deze manier uitgevoerd worden. Praktijkervaring en expertise bij ontwerpende en uitvoerende partijen kunnen namelijk ontbreken. Er is tijdens de ontwerp- en uitvoeringsfase extra controle nodig. Na de uitvoering van een aantal en misschien al één project wordt staalvezelwapening door toename van ervaring en kennis goedkoper. Het verschil in uitvoeringskosten tussen variant 1 en 2 bedraagt nu 150,-. Dit verschil is beperkt en wordt bepaald door arbeidsloon. Naar verwachting wordt het verschil groter als de oppervlakte van het funderingsherstel toeneemt. Het verschil in kosten tussen variant 1 en 2 is project specifiek. De kortere uitvoeringsduur van variant 2 kan grote voordelen opleveren als in het pand waar funderingsherstel wordt uitgevoerd commerciële activiteiten zijn gehuisvest. Dit kan bijvoorbeeld een winkel zijn. Vanwege een hoge omzet en hoge huurprijzen kan een paar dagen kortere uitvoering een groot verschil betekenen in de totale uitgaven van een opdrachtgever. Variant 3 is in de Multicriteria analyse de twee na gunstigste variant. Mijn verwachting is echter dat de totale kosten van deze variant veel hoger zullen uitvallen dan begroot. Zaken als de afvoer van vervuilde grond en andere onvoorziene kosten zijn in de uitvoeringskosten niet meegenomen. Vanwege de dikte van de constructie zijn deze kosten hoger dan bij de andere varianten. Tevens duurt de uitvoering daardoor langer dan is bepaald. Voor de uitvoering van staalvezelbeton is het van groot belang dat er al vanaf de DO (definitieve ontwerp) fase wordt overlegd met uitvoerende partijen. Zaken als de mengselsamenstelling van het beton en het ontwerp van de wapening zijn van groot belang voor een zonder problemen verlopende uitvoering van de betonconstructie. Overleg tussen een betontechnologisch adviseur van de betonleverancier en het adviesbureau tijdens de ontwerpfase is noodzakelijk. De in dit rapport geschreven adviezen kunnen tijdens de ontwerpfase als richtlijn worden gebruikt. Staalvezelbeton is in ontwikkeling. Naarmate de 5D vezel meer wordt toegepast in constructies zal de kostprijs van de vezel afnemen. Betoncentrales kunnen bij automatisering ook steeds lagere prijzen gaan rekenen voor het toevoegen van staalvezels aan het betonmengsel. De kiloprijs van staalvezels t.o.v. wapening inclusief arbeidsloon komt dan dichter bij elkaar in de buurt. Nu is het verschil nog circa 1,- per kilo. De toepassing van staalvezelbeton in hoofddraagconstructies komt een stap dichter bij nu een nieuwe betoncentrale wordt gebouwd in Amsterdam (Albeton) met een automatisch doseringssysteem voor staalvezels. Het leveren van gecertificeerd staalvezelbeton wordt hierdoor mogelijk. De mogelijkheid tot verlenen van een vergunning voor variant 2 is op het moment van schrijven nog niet bekend. Kunststofvezelwapening is bij de toepassing funderingsherstel alleen effectief als plastische krimpwapening. Plastische krimp ontstaat door het verdampen van bleedingwater. Plastische krimpscheuren kunnen ook worden voorkomen door het afdekken van het beton met een folie of door het nathouden van het beton tijdens de eerste 8 uur na de stort. De vraag is of het toevoegen van kunststofvezels voordeliger en/of effectiever is dan de andere genoemde oplossingen. Hiervoor is nader onderzoek benodigd. Nader onderzoek is ook benodigd om de werking van staalvezels in de kassen te bepalen (ontwikkeling materiaalfactoren en bepaling mechanische werking). Nu wordt de werking van de staalvezels in de kassen verwaarloosd. Mijn verwachting is, dat er mechanische werking is van de staalvezels in de kassen. 54

55 3.3 Aanbevelingen Inleiding De aanbevelingen in dit hoofdstuk zijn het resultaat van het gehele afstudeeronderzoek en zijn gebaseerd op de conclusies van hoofdstuk 3.2. Ook in dit hoofdstuk wordt niet diep ingegaan op de technische aspecten. Aanbevelingen algemeen Geadviseerd wordt om funderingsherstel uit te voeren in hybride gewapend beton als globaal duidelijk is dat wordt voldaan aan de volgende voorwaarden: De desbetreffende gemeente is bereid om een vergunning te verlenen. Er is sprake van een kostenbesparing. Er is sprake van een noemenswaardig verschil in bouwtijd (minder vlechtwerk). De betrokken betoncentrale kan gecertificeerd staalvezelbeton leveren (Albeton). De geselecteerde aannemer heeft ervaring met staalvezelbeton. Zo niet, is de aannemer op de hoogte van de uitvoeringsregels? Bij twijfel kan een variant gewapend met traditionele wapening en een variant met hybridewapening op hoofdlijnen met elkaar vergeleken worden. Als richtlijn kan hierbij gehanteerd worden dat staalvezelwapening in de verhouding 35 kg/m 3 beton een kruisnet van kan vervangen. De staalvezels die dan toegepast moeten worden zijn de Dramix 5D 65/60BG staalvezels. Een betonmengselsamenstelling moet door de wapening kunnen vloeien zonder dat staalvezels ophopen achter de wapening. mijn advies is dat de mengselsamenstelling van het beton getest moet zijn op het vloeigedrag langs hindernissen. Op de bouw zullen zich hiermee dan geen problemen voordoen zolang de uitvoeringsregels worden gehandhaafd. Als de wapening is uitgevoerd van een hybride gewapend funderingsherstel moet deze, net als bij traditioneel funderingsherstel, gekeurd worden. Bij de keuring moet extra aandacht worden besteed aan de controle van de minimale afstand tussen de wapening. Een funderingsherstel wapenen zoals bepaald is bij variant 3 wordt niet geadviseerd. Als er wordt gekozen voor staalvezelbeton moet dit goed worden omschreven in het bestek. Aanbevelingen pons Als pons maatgevend is bij funderingsherstel kunnen staalvezels de toelaatbare ponskracht sterk vergroten. Als pons maatgevend is voor de bepaling van de vloerdikte wordt dan ook geadviseerd om staalvezelwapening toe te passen. De staalvezels werken dan gunstig bij zowel buiging als afschuiving. Als achteraf blijkt dat ponswapening noodzakelijk is wordt ook staalvezelwapening geadviseerd. Traditionele wapening kan dan worden gereduceerd en ingewikkelde ponswapening kan dan achterwege blijven. Nader aanvullend onderzoek Bij grote betonstorten in de buitenlucht verdient het de aanbeveling te controleren of er sprake is van plastische krimp. Deze controle kan worden uitgevoerd met het figuur dat is gegeven in de bijlage (figuur 1.10, Ho. 1.2). Nader onderzoek is benodigd om te bepalen wat de meest effectieve methode is om plastische krimpscheuren te voorkomen. Nader onderzoek is ook benodigd om de werking van staalvezels in de kassen te bepalen. Afbeelding 3.1: Dramix 5D 65/60BG staalvezel (Bekaert) 55

56 De toepassing van vezelwapening bij traditioneel funderingsherstel Bijlagenrapport Opgesteld door: Tom Godthelp Studentnummer: Opleiding: Bouwkunde Constructie Bedrijfsbegeleider: Docent-begeleider: B Piet Korse Lucie van der Vecht Datum:

57 Bijlagenrapport Hogeschool van Amsterdam Bouwkunde constructie Datum: Versie: DEFINITIEF Opgesteld door: Tom Godthelp Kossenland BJ Sint Pancras Begeleiders: Ing. P.G. Korse, Bouwadviesbureau Strackee BV Ing. L.A. van der Vecht, Hogeschool van Amsterdam Examinator: Ing. G.J. Bierlaagh, Hogeschool van Amsterdam

58 Symbolen Geometrie b = Breedte van het beschouwde element. h = Hoogte van het beschouwde element. Belastingen F w;kar = De karakteristieke waarde van de puntlast t.g.v. windbelasting. G kj;sup = Karakteristieke blijvende belasting (ongunstig). G kj;inf = Karakteristieke blijvende belasting (gunstig). Q k,i = Karakteristieke veranderlijke belasting. q p (z) = De stuwdruk van de wind op een bepaalde hoogte (z). q w;kar = De karakteristieke waarde van de q-last t.g.v. windbelasting. y = Partiële factor. ψ 0 = Momentaanfactor t.b.v. gewichtsberekening en brand. ψ 1 = Momentaanfactor t.b.v. elastische doorbuiging. ψ 2 = Momentaanfactor t.b.v. kruip en scheurwijdte. Geotechniek α p = Paalklassefactor voor de berekening van de draagkracht van de paalpunt. α s = Paalklassefactor voor de berekening van de draagkracht van de paalschacht. A i;schacht = Ideële oppervlakte van de doorsnede van de paalschacht. β = Paalvoetvormfactor, voor reductie van de paaldraagkracht. d j = Hoogte van de grondlaag t.p.v. negatieve kleef in laag j. δ j;rep = Karakteristieke waarde van de wrijvingshoek tussen paalschacht en grond in laag j. E paal;nom = Nominale waarde van de elasticiteitsmodulus. ξ = Correlatiefactor. F cd = Rekenwaarde van de belasting op de paal. F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de paalschacht. F nk;d = Rekenwaarde van de negatieve kleefbelasting. F tot = De rekenwaarde van de totale belasting op de fundering in de BGT. K p = Veerstijfheid van de palen. K 0;j;k = Karakteristieke waarde van de neutrale gronddrukfactor in laag j. L = Lengte tussen paalpunt en boveneinde paal. l = Lengte van de paalschacht waarover geen positieve kleef is meegerekend. O s;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht. θ = Effectieve hoek van inwendige wrijving. q b;max = Maximale puntweerstand. q c;i;gem = Gemiddelde conusweerstand in traject I. q c;ii;gem = Gemiddelde conusweerstand in traject II. q c;iii;gem = Gemiddelde conusweerstand in traject III. q c;a;gem = Gemiddelde conusweerstand in de positieve kleefzone. q s;max = Maximale draagkracht van de paalschacht. R b = Rekenwaarde van de heersende kracht in de paalpunt afgelezen uit grafiek t.b.v. s b. R b;cal;max;i = Puntdraagvermogen van de paal. R c;cal = Maximale draagkracht van de paal. 3

59 R cd = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal. R c;net;d = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal na aftrek van de negatieve kleefbelasting. R c;k = De karakteristieke waarde van de maximale draagkracht van de paal. R s;cal;max;i = Schachtdraagvermogen van de paal. s = Paalvoetfactor. s 1 = Paalkopzakking. s b = Zakking van de paalpunt als gevolg van de belasting op de paal. s el = Zakking van het boveneinde paal ten opzichte van de paalpunt als gevolg van elasticiteit van de paal zelf. ζ v bk = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (bovenzijde laag). ζ v gem = Representatieve gemiddelde waarde effectieve verticale spanning. ζ v ok = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (onderzijde laag) ζ v = Representatieve waarde van de effectieve verticale spanning. Y = Karakteristieke waarde van het effectieve volumiek gewicht van de grond. Y f;nk = Partiële factor op de negatieve kleefbelasting. Beton, staalvezels en wapening α cc = Factor die rekening houdt met de langeduurdruksterkte en de nadelige gevolgen t.a.v. het aanbrengen van de belasting. α char = Factor die rekening houdt met variatie materiaaleigenschappen van staalvezelbeton. α hyp = Factor die rekening houdt met lastenverdeling van staalvezelbeton (l. elastisch). α r = Factor voor de berekening van de oppervlakte van de betondrukzone. α r,c = Conversiefactor voor buigrek trek. A s = Oppervlakte van de doorsnede van de wapening. A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening. A s,req = De oppervlakte van de benodigde wapening. β = Variabele factor t.b.v. verhoging van de rekenwaarde van de optredenede ponskracht. c nom = Nominale betondekking. D = Effectieve diameter van de kolom of paal. d = Nuttige hoogte t.o.v. de trekwapening. d eff = Effectieve nuttige hoogte bij wapening in verschillende richtingen en/of doorsneden. d s = Diameter van het wapeningstaal. ε c = Rek in de drukzone van het staalvezelbeton. ε f ct = Rek in de trekzone van het staalvezelbeton. E s = Rekenwaarde van de elasticiteitsmodulus van het betonstaal. f ck = Karakteristieke betondruksterkte na 28 dagen uitharding. f cd = Rekenwaarde van de betondruksterkte na 28 dagen uitharding. F cd = Rekenwaarde van de betondrukkracht in de betondrukzone. F f ct = Rekenwaarde van de betontrekkracht in de (staalvezel)betontrekzone. F s1,d = Rekenwaarde van de trekkracht in de wapening. f yk = Karakteristieke waarde van de vloeigrens van het wapeningsstaal. F yd = Rekenwaarde van de vloeigrens van het wapeningsstaal. f r1,m = Gemiddelde buigtreksterkte van staalvezelbeton bij een CMOD van 0,5 mm. f r3,m = Gemiddelde buigtreksterkte van staalvezelbeton bij een CMOD van 2,5 mm. f r4,m = Gemiddelde buigtreksterkte van staalvezelbeton bij een CMOD van 3,5 mm. 4

60 f yk = Vloeigrens van wapeningsstaal. h xu = Hoogte van de betondrukzone van het staalvezelbeton. k = Factor voor de bepaling van de opneembare ponsweerstand. k h = Factor voor het compenseren van schaaleffecten. M Rd = Opneembaar buigend moment. ρ 1 = Gemiddelde wapeningsverhouding van de wapening in x- en y-richting. s = H.o.h. afstand van de wapening. ζ 1d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek, gebaseerd op ζ 2d. ζ 2d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek, gebaseerd op f r1,m. ζ 3d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek, gebaseerd op f r4,m. ζ (ε)d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek, gebaseerd op ε f ct. u 1 = Lengte van de eerste toetsingsperimeter. v Ed = Rekenwaarde van de ponsschuifspanning. v min = Ondergrenswaarde van de ponsweerstand (afschuifweerstand) van beton. v Rd,c = De ponsweerstand van het betonaandeel van het beschouwde element. v Rd,f = De ponsweerstand van het staalvezelaandeel van het beschouwde element. V Rd,c = De ponskrachtweerstand van het betonaandeel van het beschouwde element. V Rd,cf = De ponskrachtweerstand van het staalvezelaandeel van het beschouwde element. V Rd,c,tot = De totale ponskrachtweerstand van het beschouwde element. y c = Materiaalfactor van beton. y f c = Materiaalfactor van staalvezelbeton onder druk. y f ct = Materiaalfactor van staalvezelbeton onder trek. y s = Materiaalfactor van het wapeningstaal. z cd = Arm van de betondrukkracht (F cd ) tot de neutrale lijn. z fct = Arm van de trekkracht in het staalvezelbeton tot de neutrale lijn. z s1d = Arm van de trekkracht in de wapening tot de neutrale lijn. F h = De som van de horizontale krachten in de betondoorsnede. Σ s1,d = Rekenwaarde van de wapening onder trek. = Kwaliteit van het wapeningsstaal (B500B). 5

61 Inhoudsopgave bijlagenrapport 1. BIJLAGE I: LITERATUURSTUDIE Staalvezelbeton Kunststofvezelwapening Beton Funderingsherstel Bibliografie BIJLAGE II: UITGANGSPUNTEN VARIANTEN Algemeen Belastingaannamen Belastingschema s BIJLAGE III: GEOTECHNISCHE BEREKENINGEN Paalberekening Veerstijfheden BIJLAGE IV: BEREKENINGEN VARIANT AxisVM Overige berekeningen BIJLAGE V: BEREKENINGEN VARIANT Uitgangspunten berekening variant AxisVM Wapenings- en controleberekeningen BIJLAGE VI: BEREKENINGEN VARIANT Uitgangspunten berekening variant AxisVM Wapenings- en controleberekeningen BIJLAGE VII: VERSLAGEN BEDRIJFSBEZOEKEN EN OVERLEGGEN Verslag bedrijfsbezoek Mebin Verslag bezoek Anne Hoekstra (Bekaert) Verslag bezoek Peter Hoekstra (gemeente Amsterdam) Verslag bouwplaatsbezoek nieuwbouw betoncentrale Albeton 170 6

62 1. Bijlage I: Literatuurstudie Deze bijlage omvat de gehele literatuurstudie die is uitgevoerd t.b.v. het afstudeerproject. In het hoofdverslag is een samenvatting gegeven van deze literatuurstudie. Voor de literatuurstudie is onderzoek verricht naar staalvezelbeton, kunststofvezelbeton, hogesterktebeton, zelfverdichtend beton, M-Kappadiagrammen, verscheidene rekenmethoden voor beton en naar funderingsherstel. De conclusies van deze onderzoeken zijn weergegeven in het hoofdverslag.

63 Inhoudsopgave bijlage I 1.1 STAALVEZELBETON Mechanische eigenschappen Regelgeving en rekenmethoden KUNSTSTOFVEZELWAPENING Mechanische eigenschappen Regelgeving en toepassingen BETON Vezel (ultra)hogesterktebeton Zelfverdichtend vezelbeton M-Kappa-diagram FUNDERINGSHERSTEL Traditionele houten paalfunderingen Funderingsproblemen en monitoring Herstelmethoden Funderingstechnieken Uitvoering Constructieve uitwerking BIBLIOGRAFIE Literatuuronderzoek staalvezels Literatuuronderzoek kunststofvezels Literatuuronderzoek beton Literatuuronderzoek funderingsherstel 68 8

64 1.1 Staalvezelbeton Staalvezelbeton is beton waaraan staalvezels zijn toegevoegd om beton te bewapenen. Staalvezelbeton werd lang gezien als exotisch bouwmateriaal. De afgelopen decennia zijn staalvezels geëvolueerd naar een veelgebruikt bouwmateriaal voor de versterking van beton. Al in 1874 is het eerste patent verleend om beton door het toevoegen staalvezels te versterken. Echter werd pas in de jaren 60 van de 20 ste eeuw gestart met systematisch onderzoek naar staalvezelwapening. Staalvezelwapening wordt dan ook pas sinds de jaren 60 toegepast als wapening in verscheidene betonconstructies. In het begin leidde het toepassen van staalvezelwapening tot zowel positieve als negatieve resultaten. De afgelopen jaren zijn grote stappen gezet m.b.t. de ontwikkeling van staalvezelbeton. De positieve resultaten zijn hiermee sterk toegenomen. Dit is te danken aan diepgaande onderzoeken waardoor het gedrag van met staalvezels gewapende constructies beter valt te bepalen. Met het verschijnen van CUR aanbevelingen en KOMO richtlijnen is het gebruik van staalvezelbeton in Nederland toegenomen. Staalvezeltypen Staalvezels kunnen worden onderverdeeld in vijf typen. Deze vezeltypen worden onderscheiden door de manier van produceren. We onderscheiden de volgende vijf soorten (mogelijke verschijningsvormen zijn onder de beschrijving aangegeven): 1 Vezels van koudgetrokken staaldraad: Zgn. draadvezels. Hierbij wordt een stalen draad door verschillende matrijzen getrokken. Daarna kan de stalen draad worden geprofileerd waarna deze op de gewenste lengte wordt afgesneden. Tevens kan aan het eind van de vezel de kop worden platgeslagen. en tijdens het opspatten in de vorm van een vezel. Een nadeel van deze methode is dat de vezelvorm niet goed valt te controleren. De vezels hebben allen andere afmetingen. 3 Versneden vezels: Bij dit productieproces worden de staalvezels uit een dunne staalplaat gesneden. Deze staalvezels zijn plat van vorm en kunnen net als de bij type 1 gegeven verschijningsvormen geprofileerd worden. De verschijningsvorm is meestal ongeprofileerd. 4 Geschaafde koudgetrokken vezels (draadvezels): Het productieproces van deze vezel is grotendeels hetzelfde als dat bij vezels van koudgetrokken staaldraad. De vezels ondergaan hier echter nog een behandeling waarbij ze worden geschaafd. De verschijningsvormen zijn hetzelfde. Door het schaven wordt de oppervlakte van de staalvezels gladder. 5 Uit blokken gefreesde vezels: Hierbij worden vezels gefreesd uit een gewalst staalblok. De vorm van deze vezels is net als bij de Melt extracted vezels niet goed te controleren. De vezels hebben allen andere afmetingen. Vezeltypen 1 en 4 worden het meest toegepast. De overige vezeltypen worden niet vaak meer toegepast. De reden is dat vezeltype 1 en 4 een veel grotere toelaatbare treksterkte kennen. Tevens zijn deze vezeltypen het meest voordelig. De keuze voor een bepaald vezeltype wordt bepaald door een aantal factoren. Deze factoren bepalen de prestatie en werking van de vezels in het beton. De prestatie en werking van de vezels in beton worden bepaald door de vorm, diameter, lengte, maximaal toelaatbare treksterkte en de wijze van verankering in beton. 2 Melt extracted vezels: Hierbij worden de vezels geproduceerd met een geprofileerd wiel dat snel door een bad met vloeibaar staal draait. Het opspattende staal stolt na Dit onderzoek beperkt zich tot de vezels van koudgetrokken staaldraad, de draadvezels. Onderzoek door producenten van staalvezels heeft uitgewezen dat deze vezels de beste werking hebben in beton. Het productieproces van deze vezels is tevens redelijk gemakkelijk wat leidt tot goedkope vezels. Verder in dit onderzoek wordt dieper ingegaan op de vezels van koudgetrokken staaldraad. 9

65 Samenstelling Staalvezelbeton wordt beschouwd als een composiet materiaal. Staalvezelbeton bestaat uit beton met daarin staalvezels die zich op willekeurige posities hebben verspreid. In staalvezelbeton bedraagt de hoeveelheid staalvezels meestal 0,2 2,0% van het totale betonmengsel. Bij de samenstelling van het staalvezelbetonmengsel moet rekening gehouden worden met een aantal eigenschappen van staalvezelbeton in vergelijking tot normaal beton: Mengtijd: Het vergt een extra stap om staalvezels aan het betonmengsel toe te voegen. Ook moeten de vezels niet te snel aan het mengsel worden toegevoegd om samenklontering te vermijden. Verwerkbaarheid: Doordat het beton stijver is kent vezelbeton een lagere verwerkbaarheid dan normaal beton. Het vezelbeton kent tevens een lagere mobiliteit. Mobiliteit is de capaciteit van beton om langs obstakels zoals wapeningsstaven te vloeien. Wanneer het beton wordt nagetrild kunnen de vezels in een bepaalde voorkeursrichting gaan liggen. Dit moet worden voorkomen. Langdurige verdichtingsfase: Staalvezelbeton kent een langere verdichtingsfase. De verdichtingsfase is de fase waarin krimp zich manifesteert. Het is belangrijk dat bij de samenstelling van een staalvezelbetonmengsel niet te grote grindkorrelafmetingen (granulaat) worden toegepast. Het toevoegen van te grote grindkorrels in het beton zorgt ervoor dat de staalvezels zich niet goed kunnen verspreiden. De optimale grindkorrelverdeling bedraagt 40 tot 50 procent Dmax16 en 50 tot 60 procent Dmax32. Als staalvezelbeton verpompt moet worden bedraagt de maximale grindkorrelafmeting in het gehele betonmengsel Dmax16. Bekaert is een producent van staalvezels. Bekaert schrijft voor om minimaal 6700 meter/m 3 staalvezels toe te voegen aan het betonmengsel [1]. Deze minimale hoeveelheid geldt voor de door hen geproduceerde 3D vezels. Daarnaast worden er soms ook eisen gesteld aan de minimale overlaplengte van de vezels in het beton en aan overige zaken. Hier wordt verder in dit onderzoek op teruggekomen. Afbeelding 1.2: de invloed van grote en kleine grindkorrels op de spreiding van staalvezels in het beton Afbeelding 1.1; overlappingslengte 10

66 Toepassingen De afgelopen decennia is staalvezelbeton toegepast in verschillende typen betonconstructies en producten; Bedrijfsvloeren: Deze vloeren worden vaak gefundeerd op staal, op palen of op een combinatie van beiden. Staalvezels zijn georiënteerd in verscheidene richtingen. Dit biedt voordelen omdat een bedrijfsvloer meestal in twee richtingen overspand. De vezels worden dan beter benut dan bij een in één richting dragende vloer. De schok- en vermoeiingsweerstand van staalvezelbeton is hoger dan bij traditioneel gewapend beton. Gezien de belastingen op bedrijfsvloeren biedt dit grote voordelen. Ook bij vloeistofdicht beton bieden staalvezels een uitkomst omdat staalvezels scheuroverbruggend werken. T.p.v. piekspanningen, bijvoorbeeld boven de funderingspalen, wordt nog vaak een wapeningsnet toegepast. De gehele vloer moet anders op deze piekspanningen worden bewapend met staalvezels. Funderingspalen: Het toevoegen van staalvezels bij funderingspalen die in de grond gestort en geprefabriceerd zijn zorgt ervoor dat de risico s op paalbreuk door (buig)trekspanningen worden verkleind. Ook kunnen trillingen die ontstaan bij het heien beter door staalvezelbeton worden opgevangen. Met staalvezels gewapend beton is beter bestand tegen stootbelastingen dan ongewapend beton. Rioolbuizen: Het wapenen van rioolbuizen met staalvezelwapening heeft als voordeel dat i.v.m. grote hoeveelheden buizen, sterk bespaard kan worden op arbeidsduur. Tunnels: Bij geboorde tunnels worden tunnelsegmenten gebruikt die samengesteld worden tot ringen waarna deze de tunnelwand vormen. De spanningen in tunnelsegmenten zijn redelijk onvoorspelbaar. Om spanningen op te kunnen vangen die ontstaan bij onnauwkeurigheden, afzetkrachten van de TBM en variaties in gronddruk moeten complexe wapeningsnetten worden geproduceerd. Deze wapeningsnetten kunnen ook niet altijd deze spanningen opnemen. De 3D-vezelverdeling biedt hier een uitkomst. Kelders: Door het verschijnen van een KOMO-attest mogen kelderwanden van staalvezelbeton deel uitmaken van de hoofddraagconstructie. Inmiddels zijn er in Nederland al een aantal prefab kelderwanden in staalvezelbeton uitgevoerd. Onderwaterbeton: Een onderwaterbetonvloer van een bouwkuip kan slanker worden uitgevoerd als deze wordt gewapend met staalvezels. Dit kan doordat met het toevoegen van staalvezels een trekspanning in het beton kan worden geïntroduceerd. Voorkomen moet worden dat de scheurvorming in de vloer kleiner is dan lengte van de staalvezels. Dit wordt het pullout effect genoemd. Om dit te voorkomen moet bij grote constructiedikten een kleinere toelaatbare rek worden gehanteerd. Schaalconstructies: Een bijzondere toepassing van staalvezelwapening kan worden gevonden in de schaalconstructies. Staalvezelwapening in combinatie met traditionele wapening, hybride gewapend beton genoemd zorgt ervoor dat extreem slanke constructies ontworpen kunnen worden. De dikte van de betonnen schaal van het Oceanographic Park in Valencia kon met hybride gewapend beton beperkt worden met 6-12 cm. Afbeelding 1.3: Oceanographic park, Valencia 11

67 Duurzaamheid Met duurzaamheid wordt in dit onderzoek de levensduur van staalvezelbeton bedoeld. Onbehandelde staalvezels kunnen gaan roesten. De effecten van dit roesten zijn niet desastreus omdat de staalvezels die roesten zich aan de oppervlakte van het beton bevinden en niet in de betonmatrix. De staalvezels in het beton worden niet door roestvorming aangetast. Dit is mede te danken aan het alkalisch milieu (basisch milieu, ph waarde > 12) in beton en aan de geringe scheurwijdte die meestal aanwezig is bij staalvezelbeton. Bij traditionele wapening wordt corrosie geëvolueerd naar de rest van de wapening. Dit effect kan niet optreden bij staalvezelbeton. De staalvezels zitten allemaal verspreid in het beton. De staalvezels die kunnen gaan corroderen in het beton vormen een te verwaarlozen hoeveelheid van de totale hoeveelheid staalvezels die aanwezig zijn. Doordat de staalvezels zich aan de oppervlakte van het beton bevinden en doordat een te verwaarlozen hoeveelheid wapening dus roest, zorgt het corroderen van staalvezels er niet voor dat de sterkte van het beton achteruit gaat. Deze gasbellen zorgen voor een lagere duurzaamheid, poreus betonoppervlak en een gebrek aan binding tussen het cement en de toeslagmaterialen. De verminderde binding zorgt ervoor dat de toelaatbare sterkte van het staalvezelbeton aanzienlijk daalt. Naast dat staalvezels beschermd kunnen worden met een zinklaag kunnen ook vezels van roestvast staal worden toegepast om corrosie te voorkomen. Vanwege de hoge kosten van roestvast staal wordt dit weinig toegepast. Om de vorming van waterstofgas te voorkomen brengt Bekaert een extra beschermlaag aan op de verzonken vezels. Deze beschermlaag zorgt ervoor dat er geen chemische reactie ontstaat met de alkalische bestanddelen van het beton. Staalvezels kunnen gebruikt worden om traditionele wapening te beschermen tegen corrosie. Als staalvezels aan het beton toegevoegd worden kan dit ervoor zorgen dat de dekking op het wapeningsstaven kleiner kan worden. Dit omdat zoals eerder gezegd de scheurwijdte kleiner is bij staalvezelbeton. Hier wordt verder in dit onderzoek dieper op ingegaan. Als het om bijvoorbeeld esthetische redenen niet wenselijk is dat de staalvezels gaan corroderen, kunnen ze tegen corrosie behandeld worden. De staalvezels worden verzonken om corrosie te voorkomen. Ook kan de toplaag van de betonconstructie worden nabehandeld (bijvoorbeeld vlinderen). Een probleem is dat de zinklaag, na contact met cementpasta, waterstofgas kan veroorzaken. Dit waterstofgas zorgt voor gasbellen in het beton. Afbeelding 1.4: betonrot in traditioneel gewapende constructie 12

68 Uitvoering Staalvezelbeton is op dezelfde manier te storten als normaal beton. Het is mogelijk om staalvezelbeton te verpompen of te storten met een kubel. Als staalvezelbeton verpompt moet worden over grote afstanden moet hier rekening mee worden gehouden bij de betonsamenstelling. Zoals in het hoofdstuk over de samenstelling van staalvezelbeton is vermeld, dienen er met een aantal factoren rekening worden gehouden bij de samenstelling van een betonmengsel. De mengtijd, de verwerkbaarheid en de verdichtingsfase zijn factoren om rekening mee te houden. Deze factoren zijn van invloed op de uitvoerbaarheid van staalvezelbeton. Om samenklontering van de vezels tijdens het mengproces te voorkomen, kunnen losse staalvezels in de betonmolen worden geblazen. Een andere oplossing om samenklontering van staalvezels te voorkomen is om vezels toe te voegen die met lijm zijn samengesteld tot plaatjes. De lijm is oplosbaar in water. Als de plaatjes worden vermengd in het betonmengsel lost de lijm op. Samenklontering (of het ontstaan van egels) wordt balling genoemd. Balling kan ook al in de verpakking en in de machine plaatsvinden. Met het lijmen van vezels wordt dit voorkomen. Balling van vezels in het betonmengsel kan worden verwacht bij grote vezeldoseringen en/of in combinatie met lange vezels (l/d > 50). grindkorrel. Tevens is het van belang dat het beton voldoende plastisch is en dat de wapeningsstaven niet een te kleine maaswijdte hebben. De vloeibaarheid van beton kan worden veranderd door het verhogen van de watercement factor en door het toevoegen van een plastificeerder. Het toevoegen van een plastificeerder geniet de voorkeur omdat de sterkte van het beton lager wordt bij een hogere water-cementfactor. Met een Superplastificeerder is het tevens mogelijk om een vloeibeton te creëren. De verwerkbaarheid van staalvezelbeton is te meten met een aantal testen. Deze testen worden verder in dit onderzoek beschreven. Met deze testen kan beton worden ingedeeld in consistentieklassen. Deze klassen bepalen de vloeibaarheid van het beton. Ervaren bij een aantal in staalvezelbeton uitgevoerde projecten [2,3], is dat de consistentieklasse van staalvezelbeton en de maaswijdte van de wapening niet alleen de verwerkbaarheid van staalvezelbeton bepalen. De verwerkbaarheid van staalvezelbeton wordt ook bepaald door de grootte en hoeveelheid van de vezels. Een mengsel dat niet wordt aangepast aan de staalvezels die eraan worden toegevoegd kan slecht verwerkbaar worden. Tevens is het mogelijk dat beton kan gaan ontmengen en dat er teveel (opgesloten) lucht in het beton komt door het toevoegen van de staalvezels. Door natrillen wordt de lucht verwijderd. Afbeelding 1.5 en 1.6: staalvezels samengesteld tot plaatjes en staalvezels toevoegen d.m.v. blazen. Staalvezelbeton is stijver dan normaal beton en is daardoor minder goed verwerkbaar. Wanneer hybride beton wordt toegepast kan de lagere verwerkbaarheid ervoor zorgen dat het beton niet goed kan doorvloeien door de wapeningsstaven. Dit kan ervoor zorgen dat staalvezels zich ophopen t.p.v. de wapening. Een oplossing om dit probleem te voorkomen is om te kiezen voor een beton met een kleine Het is van belang dat de verwerkbaarheid van staalvezelbeton bij aanvang van de stort goed bekend is. Als blijkt dat de verwerkbaarheid tegenvalt kan dit er tijdens het storten voor zorgen dat betonwagens moeten wachten waardoor de verwerkbaarheid van het staalvezelbeton naarmate de wachttijd langer is, slechter wordt. Als er voor een goed mengsel wordt gekozen hoeft het toevoegen van staalvezels aan beton niet tot problemen te leiden. Abt geeft aan dat doseringen van 0,45% (staalvezels) in het volumieke aandeel van beton niet tot problemen leidt [2]. In hoofdstuk 3 van het hoofdrapport wordt verder ingegaan op de uitvoering van vezelwapening. 13

69 1.1.1 Mechanische eigenschappen Algemeen Dit hoofdstuk beschrijft de mechanische werking van staalvezelbeton en de verschillende (draad)staalvezeltypen in beton. Tevens worden verschillende methoden om staalvezelbeton te beproeven besproken. De werking van staalvezelbeton Vezels in vezelbeton zijn in alle richtingen georiënteerd. Wanneer een balk gewapend met staalvezels, tot vloeien wordt belast, worden de vezels in principe allemaal ongelijk belast. Dit heeft tot gevolg dat de eerste vezels breken als de andere vezels het vloeistadium nog niet hebben bereikt. Dit verschijnsel treedt op als de vezels dermate goed verankerd zijn zodat ze niet kunnen slippen. Dit is de reden dat goed verankerde vezels een lage effectiviteit kennen. Dit in tegenstelling tot beton dat is gewapend met traditionele wapening waarbij de wapening juist wel goed verankerd moet zijn. Het idee van vezelbeton is dat de staalvezels slippen in plaats van breken. De toelaatbare druksterkte van beton neemt niet toe door het toevoegen van staalvezels aan het beton. Tijdens het bezwijken van een betonmatrix op druk ontstaan scheuren in het beton in de richting van de kracht. De scheuren die ontstaan in de trekzone van de betondoorsnede zijn kleiner dan bij ongewapend beton doordat het beton door de staalvezels bij elkaar wordt gehouden door de vezels. Doordat de vezels slippen is er sprake van dit fenomeen na overschrijden van de trekspanning in beton. Het scheurpatroon in de betondruk- en trekzone wordt door de vezels niet noemenswaardig veranderd. De taaiheid van het beton neemt wel toe naarmate hogere percentages vezels aan het beton worden toegevoegd. Net als bij traditionele wapening is er dus geen werking van staalvezels te verwachten in de ongescheurde toestand van beton. Staalvezels kunnen na het overschrijden van de betontreksterkte nog een deel van de oorspronkelijke trekspanning die voor bezwijken van de betondoorsnede aanwezig was opnemen. Dit wordt strain softening genoemd. De staalvezels dragen na overschrijden van de toelaatbare spanning in het beton, de krachten over naar andere delen binnen het beton. Dit traject herhaald zich steeds door de betonmatrix. De staalvezels werken dus scheurverdelend. Hierdoor wordt herverdeling van de spanningen mogelijk. De capaciteiten van staalvezels om spanningen te herverdelen verschillen sterk per vezeltype. Een nieuw type staalvezel van Bekaert werkt als Strain hardening. De opneembare treksterkte na bezwijken van de betontreksterkte is hoger de toelaatbare treksterkte van beton. De vervormingscapaciteit van staalvezelbeton is groot. Hierdoor wordt al in een vroeg stadium gewaarschuwd bij bezwijken van de constructie. Staalvezelbeton is ductiel. Een ductiel materiaal heeft relatief veel vervormingscapaciteit. Staalvezelbeton is tevens een homogeen materiaal en kent daardoor een lineair spanningsverloop. De optredende spanningen zijn hierdoor gemakkelijk te bepalen met de formule ζ=m/w (ongescheurde toestand). Afbeelding 1.7: bros bezwijken van een ongewapende betonbalk en bezwijken van een balk gewapend met staalvezelbeton 14

70 Staalvezels in beton kunnen gecombineerd worden met traditionele wapening. Dit wordt hybride gewapend beton genoemd. In een constructie die goed gewapend is worden de voordelen van beide materialen benut. Het spanningsfiguur van hybride gewapend beton is op onderstaande afbeelding te zien. De spanningsverdeling is opgesteld door de commissie RILEM TC 162-TDF. Naast het combineren van staalvezels en traditionele wapening is het ook mogelijk om verschillende groottes staalvezels in het beton te mengen. Het idee hierbij is dat kleine vezels de treksterkte van beton vergroten. De lange vezels verbeteren de buigbaarheid van het beton, de ductiliteit. De treksterkte van het beton wordt groter door toevoegen van de kleine vezels omdat de vezels microscheuren overbruggen die ontstaan in de eerste fase van de trekbelasting. Als de microscheuren te groot worden zijn de kleine vezels niet meer effectief. Dit fenomeen is te zien in afbeelding 1.7. Het combineren van korte en lange vezels in beton wordt ook hybride gewapend beton genoemd. Om geen verwarring te laten ontstaan wordt met hybride gewapend beton in dit onderzoek de combinatie van staalvezels met traditionele wapening in beton bedoeld. Afbeelding 1.8: de werking van korte en lange staalvezels t.p.v. micro- en macroscheuren [4] Afbeelding 1.9: spanningsverloop staalvezelbeton (ongescheurde toestand) en spanningsverdeling hybride gewapend beton (gescheurde toestand) 15

71 Staalvezelvormen In dit hoofdstuk worden de verschillende staalvezels behandeld die worden geleverd door de firma s Bekaert en ArcelorMittal Wire Solutions. Er zijn meer fabrikanten die staalvezels produceren. Echter is bij Bekaert en ArcelorMittal het meeste onderzoek verricht naar de werking van de door hen geproduceerde staalvezels. Tevens worden de staalvezels van deze fabrikanten het meest toegepast. Rechte staalvezels Deze vezel wordt alleen geproduceerd door ArcelorMittal Wire Solutions. Deze vezel heeft een mindere verankering in het beton dan de andere vezels die worden besproken in dit hoofdstuk. De platgeslagen kop zorgt bij deze vezel voor de verankering. De vezel kan ook zonder platgeslagen kop worden geproduceerd. Dit zorgt echter voor een andere werking van de vezel in het beton. De vezel is hierbij amper verankert en zal snel slippen en hierdoor een lage werking hebben. De bezwijkmechanismen van deze vezel worden aangegeven op onderstaande afbeeldingen. Fase 1 is de fase alvorens bezwijken. Fase 2a geldt voor een normaal beton. Fase 2b geldt voor hogesterktebeton. Bij hogesterktebeton bezwijkt de vezel eerder dan de verankering. Bij normaal beton bezwijkt de verankering van de staalvezel. Na het bezwijken van de verankering is geen krachtsoverdracht meer mogelijk. De toelaatbare treksterkte van deze vezel is 1200 N/mm 2 (kar.). Gegolfde staalvezels. Deze vezel wordt alleen geproduceerd door ArcelorMittal Wire Solutions. Deze vezel heeft een goede verankering in beton. Dit wordt veroorzaakt door de golf van de vezel. De vezel wordt echter pas op spanning gebracht nadat de doorsnede is gescheurd. Deze scheur is relatief groot in vergelijking tot de andere vezels. Dit is te verklaren. De vezel wil bij scheurvorming eerst rechttrekken voordat er sprake is van volledige krachtsoverdracht. Hierdoor ontstaan grotere scheuren dan bij de rechte goed verankerde vezels. De bezwijkmechanismen van deze vezel worden aangegeven op onderstaande afbeeldingen. Fase 1 is de fase alvorens bezwijken. Fase 2a geldt voor een normaal beton. Fase 2b geldt voor hogesterktebeton. Bij hogesterktebeton bezwijkt de vezel eerder dan de verankering. Bij normaal beton bezwijkt de verankering van de staalvezel. Na het bezwijken van de verankering is geen krachtsoverdracht meer mogelijk. De toelaatbare treksterkte van deze vezel varieert van N/mm 2 (kar.). Afbeelding 1.11: beeld bij belasten (1) en bij bezwijken (2a,2b) Twincone staalvezels Afbeelding 1.10: beeld bij belasten (1) en bij bezwijken (2a,2b) Deze vezel wordt alleen geproduceerd door ArcelorMittal Wire Solutions. Deze vezel heeft een uitstekende verankering in beton. De (spijker)kop zorgt bij deze vezel voor de verankering. 16

72 Bij deze vezel bezwijkt de verankering niet. Alleen bij zeer slechte betonkwaliteiten zou de verankering van deze vezel kunnen bezwijken. De constructie zal bij deze vezel niet plastisch vervormen. De constructie bezwijkt bros, zonder waarschuwing. Dit omdat de vezel niet kan slippen. De bezwijkmechanismen van deze vezel worden weergegeven op onderstaande afbeeldingen. Fase 1 is de fase bij belasten. Fase 2 is de fase bij bezwijken en geldt voor normaal en hogesterktebeton. De toelaatbare treksterkte van deze vezel is 1100 N/mm 2 (kar.). staalvezel. Het plat maken vergt een extra productietrap. De extra productiestap brengt hogere productiekosten met zich mee maar zorgt wel voor een betere verankering. De hoek van de eindverankering van de staalvezels moet minimaal 30 bedragen. Zo worden de vezels goed verankerd. Om te voorkomen dat de vezels in elkaar gaan haken mag de hoek maximaal 90 bedragen. De eindverankering heeft daarom een hoek van 45. De bezwijkmechanismen van de gehaakte vezel worden weergegeven op onderstaande afbeeldingen. Fase 1 is de fase bij belasten. Fase 2 is de fase bij bezwijken van de staalvezel. In deze fase is er nog wel sprake van aanhechting en dus verankering in het beton. Dit is wel substantieel minder dan bij fase 1. Fase 2a geldt voor normaal beton. Fase 2b geldt voor hogesterktebeton. De toelaatbare treksterkte van deze vezel varieert van N/mm 2 (kar.) per fabrikant en vezeltype. Afbeelding 1.12: beeld bij belasten (1) en beeld bij bezwijken (2) Gehaakt- en plat-gehaakte staalvezel Afbeelding 1.13: beeld bij belasten (1) en bij bezwijken (2a,2b) De gehaakte vezel is momenteel de meest gebruikte vezel in staalvezelbeton. De vezel wordt geproduceerd door zowel Bekaert als ArcelorMittal Wire Solutions. Het haakje aan de uiteinden van deze vezel zorgt voor de verankering. Bekaert varieert in de hoeveelheden trappen haakjes die zij toepassen en de draadstaalkwaliteiten. Bekaert past 1,2 en 3 trappen toe (Dramix: 3D, 4D en 5D vezelfamilies). Met testen is aangetoond dat als de hoeveelheid trappen wordt vergroot dit resulteert in een betere verankering. ArcelorMittal varieert met de gehaakte vezel door de uiteinden van de vezel (met een enkele trap), plat te slaan. Zo ontstaat de plat-gehaakte Als de vezel wordt belast kan deze gaan slippen. Tijdens dit slippen is de vezel nog steeds in staat om krachten over te brengen. Door het slippen worden ook andere vezels in het beton geactiveerd (herverdeling spanningen). Afbeelding 1.14: het slippen (1,2) en bezwijken van de vezel (3) 17

73 Het beproeven van staalvezelbeton Er zijn verschillende manieren om de werking van staalvezelbeton te beproeven. Met proefresultaten worden rekenmethoden vastgesteld waarmee de hoeveelheid staalvezels in een betonmatrix kan worden vastgesteld en waarmee bijvoorbeeld scheurwijdtes e.v.a. mechanische eigenschappen zijn te bepalen. De proeven geschieden conform de NEN-EN 12390, de NEN-EN 14651, CUR aanbeveling 36 en de RILEM publicaties. Op de Rilem publicaties wordt later teruggekomen. Gedurende dit onderzoek worden er geen laboratoriumproeven uitgevoerd. Echter vanwege het grote belang van proeven op staalvezelbeton worden de proefmethodes wel kort toegelicht. De drie- en vierpuntsbuigproef Met deze 2 proeven wordt de buitreksterkte en de buigtaaiheid van staalvezelbeton bepaald. Met de buigtaaiheid kan worden bepaald wat de buigtreksterkte is na scheuren van het beton. De taaiheid van een materiaal wordt weergeven door de oppervlakte onder een last-zakkingsdiagram. Deze proeven worden het meest toegepast om de eigenschappen van staalvezelbeton te bepalen. De 3-puntsbuigproef is opgesteld door de commissie RILEM TC162-TDF (Test and Design Methods for Steel Fibre Concrete). Deze commissie is in 1995 opgericht om proefmethoden en rekenregels op te stellen voor staalvezelbeton. Tevens heeft deze commissie de uni-axiale trekproef opgesteld (zie afbeelding 1.14). De rekenregels die zijn opgesteld door deze commissie worden behandeld in hoofdstuk Bij de 3-puntsbuigproef wordt een kerf aangebracht in het midden van de balk. Hier zal de balk dus plastisch bezwijken. Een nadeel van deze proef is dat de plek waar de kerf wordt aangebracht niet altijd de zwakste plek hoeft te zijn. Een ander nadeel van deze proef en van de 4- puntsbuigproef is dat als de eerste scheur optreedt er energie vrijkomt wat zorgt voor een terugval in het last-zakkingsdiagram. De vierpuntsbuigproef wordt veel omschreven in nationale normen. De proef is vervormingsgestuurd. Doordat de proef vervormingsgestuurd is, is de proef minder efficiënt dan de 3-puntsbuigproef. Dit komt doordat de scheur op een willekeurige plek ontstaat. De proef kan hierdoor niet gestuurd worden door de scheurwijdte. Wigsplijtproef De testopstelling van deze proef is te zien in afbeelding Bij deze proef wordt met een wig een breuk veroorzaak in een van te voren aangebrachte kerf. Deze proef is vrij compact. Met de resultaten van deze proef zijn moeilijker rekenregels te bepalen omdat er naast verticale ook horizontale krachten op het proefstuk worden uitgeoefend. Zuivere trekproeven Deze proef wordt tevens aangegeven op afbeelding Op een betoncilinder of betonkubus wordt een trekkracht uitgeoefend. In het proefstuk is rondom een kerf aangebracht. Het proefstuk zal hier scheuren. Het proefstuk is boven en onder ingeklemd d.m.v. een lijmverbinding aan de montageplaten. Pull-out test Met deze test is het gedrag van een enkele staalvezel in beton te bepalen. De verankering en de sterkte van de vezel kunnen met de test worden bepaald. Bij de test wordt een enkele staalvezel uit de betonmatrix getrokken. Het kracht-slib diagram dat uit deze test wordt verkregen kan als invoerparameter worden gebruikt in een eindig elementenprogramma. Afbeelding 1.15: Zuivere trekproef bij een kubus en cilinder, Wigsplijtproef 18

74 Afbeelding 1.16: de vier- en driepuntsbuigproef [14] Regelgeving en rekenmethoden Algemeen De regelgeving die in Nederland beschikbaar is m.b.t. staalvezelbetonconstructies is nog zeer beperkt. Regelgeving wordt in Nederland aangeboden in de vorm van CUR-aanbevelingen. Deze CUR-aanbevelingen zijn een aanvulling op de soms vervallen betonvoorschriften en de Eurocodes. Naast de CUR aanbevelingen is er recentelijk een KOMO keurmerk voor kelderwanden verschenen. Dit KOMO keurmerk maakt het voor de prefab industrie mogelijk om kelderwanden uit te voeren in staalvezelbeton. Nederlandse regelgeving De volgende regelgeving m.b.t. vezelversterkt beton is in Nederland beschikbaar: CUR 35: Deze CUR aanbeveling omschrijft de bepaling van de buigtreksterkte, de buigtaaiheid en de equivalente buigtreksterkte van staalvezelbeton (vierpuntsbuigproef). Met het verschijnen van CUR aanbeveling 36 (2011, herzien) is CUR aanbeveling 35 komen te vervallen. De herziende verzie van CUR aanbeveling 35 is opgenomen als bijlage in CUR aanbeveling 36. CUR 36: Deze CUR aanbeveling omschrijft het ontwerp van een elastisch ondersteunde betonvloer en verharding van staalvezelbeton. De aanbeveling is alleen van toepassing voor vloeren en verhardingen die op staal zijn gefundeerd. CUR 111: Deze CUR aanbeveling omschrijft het ontwerp voor bedrijfsvloeren op palen uitgevoerd in staalvezelbeton. Deze aanbeveling geldt alleen vloeren op palen die geen deel uitmaken van de hoofdraagconstructie. CUR aanbeveling 111 is samengesteld m.b.v. een document dat is opgesteld door de RILEM commissie TC 162-TDF [7]. Buitenlandse regelgeving en richtlijnen In 2010 is in Duitsland een nieuwe richtlijn uitgekomen (DAfStb:Richtlinie Stahlfaserbeton) [10]. De DAfStb (Duitse commissie voor gewapend beton) heeft deze richtlijn opgesteld. Met het verschijnen van deze richtlijn is het in Duitsland mogelijk om hoofddraagconstructies uit te voeren in staalvezelbeton. Met het verschijnen van deze norm is een grote stap gezet in de ontwikkeling en toepassing van staalvezelbeton in hoofddraagconstructies. Echter is deze norm van toepassing in Duitsland. In Italië is ook een richtlijn beschikbaar die het mogelijk maakt om hoofddraagconstructies uit te voeren in staalvezelbeton. De richtlijn is opgesteld door de CNR (National Research Council). De CNR heeft ook meegewerkt aan de Model Code De Model Code en CNR richtlijn voor staalvezelbeton komen daarom op een aantal punten met elkaar overeen. De rekenregels die in de Model Code (2010, volume 1) worden gehanteerd kunnen een basis vormen voor een nieuw uit te komen Eurocode. Om het mogelijk te maken dat staalvezelbeton in Nederland toegepast kan worden in de hoofddraagconstructie is aanvullende regelgeving benodigd. Mogelijk komt nieuwe regelgeving uit bij een herziening van de Eurocode. Een overzicht van de regelgeving en richtlijnen in Nederland en het buitenland wordt gegeven in CUR publicatie 246. In Rotterdam is het bij toepassingen van buitenlandse regelgeving en richtlijnen al mogelijk om een vergunning te krijgen voor een funderingsherstel dat deels is gewapend met staalvezels. Tijdens dit afstudeertraject worden de mogelijkheden in de gemeente Amsterdam onderzocht. 19

75 Regelgeving en rekenmethoden in Nederland De in Nederland beschikbare regelgeving werd in voorgaande tekst besproken. De rekenmethoden die in de CUR aanbevelingen staan omschreven worden in dit hoofdstuk nader toegelicht. Waarin; D bj = Buigtaaiheid in N/mm 2 j = Doorbuiging (1,5 of 3,0 mm) Uitgangspunten staalvezelbeton CUR 35,36 De buigtreksterkten, de buigtaaiheid en de equivalente buigtreksterkte van staalvezelbeton worden gemeten met de vierpuntsbuigproef. De gegevens die worden verkregen met deze proef (omschreven in CUR 36-bijlage C, was CUR 35) wordt informatie verkregen die gebruikt kan worden in CUR aanbeveling 36. Voor de eisen die worden gesteld aan de vierpuntsbuigproef wordt verwezen naar CUR aanbeveling 35 [5]. De buigtreksterkte van staalvezelbeton kan worden bepaald met onderstaande formule. De kracht waarbij de buigkracht wordt gemeten is de kracht waarbij de eerste scheur in het staalvezelbeton ontstaat (wordt verkregen uit vierpuntsbuigproef). F.l f = (1.1) b. h fct,fl fct,fl 2 Waarin; f fct,fl = Buigtreksterkte in N/mm 2 F fct,fl = Kracht in N l = Overspanning van de balk in mm. b = Breedte van balk na proef in mm. h = Hoogte van balk na proef in mm. Indien na het begin van belasten van het proefstuk, geen recht gedeelte in de curve in het kracht-doorbuigingsdiagram aanwezig is, moet de waarde voor de buitreksterkte iteratief worden bepaald. In de hiernaast staande grafieken is dit weergeven. De buigtaaiheid kan nu worden bepaald door de oppervlakte te berekenen onder het krachtdoorbuigingsdiagram. De oppervlakte wordt berekend van het doorbuigingsgebied tussen 0 mm en 1,5 of 3,0 mm. Nu kan de equivalente buigtreksterkte worden berekend met de formule: D.l f = (1.2) j. b. h bj fcteqi,fl 2 Figuur 1.1: kracht-doorbuigingsdiagram voor de bepaling van de buigsterkte voor staalvezelbeton [5] De taaiheid (R, dimensieloos) kan nu worden bepaald met de volgende formule: f R = f fctmeqi,fl fctm,fl Waarin: f fctmeqi,fl = Gemiddelde equivalente (1.3) buigsterkte (bepaald met 1.2) f fctm,fl = Gemiddelde buigsterkte (bepaald met 1.1) 20

76 De betontreksterkte mag volgens de CUR aanbeveling 36 verhoogt worden met (1.4): R - 0,3 f = f 1+ fctd ctd 1,5 0,7 0,3 R 1,5 1,0 Waarin: f fctd = rekenwaarde van de treksterkte van staalvezelbeton. f ctd = rekenwaarde van de treksterkte van beton. R 1,5 = buigtaaiheidswaarde. Gezien CUR aanbeveling 36 vloeren gefundeerd op staal behandeld, worden de overige rekenregels in deze aanbeveling, gezien de scope van dit onderzoek, niet verder besproken. De regels zijn dan ook niet van toepassing. Uitgangspunten staalvezelbeton CUR 111 Deze paragraaf geeft een samenvatting van CUR aanbeveling 111. CUR aanbeveling 111 geeft de uitgangspunten die benodigd zijn voor de berekening van een elastisch ondersteunde staalvezel betonvloer op palen. De vloer moet op grond worden gestort en is niet alleen gewapend met staalvezels maar ook met betonstaal. De aanbeveling is afgestemd op de NEN 6720 welke nu is vervangen door Eurocode 2 (betonconstructies). De rekenwaarden die benodigd zijn voor de berekening van staalvezelbeton (volgens de CUR 111) worden bepaald met de driepuntsbuigproef. Voor de eisen die aan deze proef gesteld worden, wordt verwezen naar de NEN-EN [12]. De resultaten die bij deze proeven worden verkregen moeten verwerkt worden volgens de RILEM TC 162-TDF. De methode die deze RILEM commissie omschrijft is tevens verwerkt in het Kiwa criteria 73/06 bijlage 10. In de vorige paragraaf worden de rekenmethodes weergeven die de buigtreksterkten, de buigtaaiheid en de equivalente buigtreksterkte van staalvezelbeton bepalen. De materiaalgegevens worden verkregen uit de vierpuntsbuigproef die zakkingsgestuurd is. De driepuntsbuigproef die wordt omschreven in de NEN-EN maakt gebruik van een scheurwijdte gestuurde proef. Er is bij deze proef een overeenkomst tussen de scheurwijdte en de zakking van de balk welke wordt omschreven met onderstaande formule. = 0,85CMOD + 0,04 (1.5) Waarin: CMOD = crack mouth opening displacement Op onderstaand kracht-scheurwijdtediagram is weergeven welke CMOD bij welke kracht hoort. F L is hierbij de proportionaliteitsgrens. Hier wordt niet meer voldaan aan de wet van Hooke wat betekent dat het materiaal plastisch is bezweken. De vervorming die is opgetreden is onomkeerbaar. De overige F- waarden karakteriseren het nascheurgedrag van staalvezelbeton. Niet alle CMOD waarden worden toegepast in CUR aanbeveling 111. De volgende waarden kunnen worden toegepast: F ftrep,1 = F L Kar. waarde van de lange duur treksterkte waarbij nog sprake is van lineair materiaalgedrag. F ftrep,2 = F 2 (CMOD 1 = 0,5 mm) Bij knik in de bilineaire spanning-rekrelatie. F ftrep,3 = F 4 (CMOD 4 = 3,5 mm) Bij een rek van +25. Figuur 1.2: Crack mouth opening displacement (CMOD) en kracht-scheurwijdtediagram met CMOD waarden [12] 21

77 Voor dat er aan staalvezelbeton mag worden gerekend moet het project aan een aantal eisen voldoen: Het vezelgehalte moet minimaal 35 kg/m 3 bedragen. Dat is circa 0,45% (volume vezels) bij een volumieke massa van 7850 kg/m 3. Deze regel geldt alleen voor de 3D vezel van Bekaert voor de 4- en 5D vezel geldt geen minimum vezelgehalte. De lengte van de staalvezels mag maximaal 60 mm bedragen. De samenstelling van het beton moet voldoen aan de NEN-EN en NEN Voor overige zaken m.b.t. kwaliteitseisen, controles en werkvoorschriften wordt verwezen naar de CUR aanbeveling 111 hoofdstuk 4 en de BRL-aanbevelingen [13]. Voor bouwconstructies uitgevoerd in staalvezelbeton in veiligheidsklasse 3 is de materiaalfactor (y m ) voor op druk belast beton 1,2 (y fc ) en voor op trek belast beton 1,25 (y ft ). Als beton wordt toegepast in kelderwanden moet de materiaalfactor worden verhoogd. De kelder maakt immers deel uit van de hoofddraagconstructie. De materiaalfactor wordt verhoogd met 1,2 (y ft = 1,25. 1,2 = 1,5). Voor de toepassing van staalvezelbeton bij funderingsherstel moet gerekend worden volgens de Model Code De resultaten die zijn verkregen met de drie- en vierpuntsbuigproef kunnen strain hardening en strain softening zijn. Strain hardening betekent dat het staalvezelbeton meer kracht op kan nemen dan de betontreksterkte. Strain softening betekent dat het staalvezelbeton een kleinere kracht op kan nemen dan de betontreksterkte. De curve na het bezwijken van de betontreksterkte is afhankelijk van de hoeveelheid en het type staalvezels in beton. Het type staalvezels wordt bepaald door de lengte-diameter verhouding, de toelaatbare treksterkte van het staal en de wijze van verankering. Figuur 1.3:strain hardening en strain softening De karakteristieke betondruksterkte is afgeleid met drukproeven (kubusdruksterkte). Met de drukproeven wordt de prismadruksterkte verkregen door de kubusdruksterkte te vermenigvuldigen met 0,85. De karakteristieke kubusdruksterkte kan worden vermenigvuldigd met 0,72. Zo wordt de langeduurstrekte verkregen. De rekenwaarde van de druksterkte kan nu worden verkregen door de langeduurdruksterkte te delen door de materiaalfactor. In onderstaande formules zijn de stappen weergeven. Prismadruksterkte f = 0,85. f (1.6) fck,prism fck,cube Langeduurdruksterkte (0,85. 0,85 = 0,72) f = 0,72. f (1.7) fcrep fck,cube Rekenwaarde van de druksterkte ffcrep f = (1.8) γ fcd fc Als blijkt dat de karakteristieke kubusdruksterkte van het beton hoger is dan de beoogde druksterkte (C-waarde), moet de waarde f ftm (gemiddelde axiale treksterkte) worden gecorrigeerd volgens: 2/3 C-waarde f ftm =. f berekend f ck,cube berekend ftm (1.9) 22

78 Afbeelding 1.17: spanningsverdeling in ongescheurde en in gescheurde toestand (CMOD = 3,5 mm) van staalvezelbeton t.b.v. de berekening van de na-scheur treksterkte [12] De rekenwaarde van de treksterkte (f ftd,1 = proportionaliteitsgrens) van staalvezelbeton wordt bepaald uit: f ftd,1 = Bij zuivere trek f ftrep,1 ftm ft f (1.10) Bij trek plus buiging f f a f f ftd,1 = = γ γ 1000 γ ft ftrep,1 ftm ftm ft ft ft Waarin: f ftm = 0,6 N/mm 2 (1.11) De waarde a kan worden verkregen met de rek aan de meest getrokken zijde van de ongescheurde doorsnede (ϵ 1 ) en de rek aan de minst gedrukte (of getrokken) zijde van de ongescheurde doorsnede (ϵ 2 ). De hoogte (h) is hierin de totale hoogte van de betondoorsnede. 2.ε1 a = h ε - ε 1 2 (1.12) De trekspanning die door het beton kan worden opgenomen neemt af nadat de eerste scheur is ontstaan. Dit fenomeen treedt op na ontstaan van F ftrep,1 (zie figuur 1.2). Bij ontstaan van F ftreo,2 is de betonrek gelijk aan de grootste rek die nog door het ongescheurde beton kan worden opgenomen. Aangenomen wordt dat er nog een trekspanning kan worden overgedragen als F ftreo,3 wordt bereikt. De waarden voor f ftreo,2 en f ftreo,3 zijn te bepalen met de volgende formules: De rekenwaarde van f ftreo,2 en f ftreo,3 kan vervolgens worden bepaald door de spanningen te delen door de materiaalfactor (y ft ). Opgemerkt wordt dat deze rekenregels niet toepasbaar zijn voor vloeren > 600 mm. De elasticiteitsmodulus in de ongescheurde fase van staalvezelbeton is in het trekgebied gelijk aan die van de elasticiteitsmodulus in het drukgebied. De elasticiteitsmodulus in de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT) is te bepalen m.b.v. de rekenregels die worden omschreven in de Eurocode 2. De invloed van de staalvezels wordt in de bruikbaarheidsgrenstoestand niet in rekening gebracht De elasticiteitsmodulus in de uiterste grenstoestand (UGT) kent een lineair materiaalgedrag tot een stuik (verkorting) van 1,75. De stuik bepaald i.c.m. de rekenwaarde van druksterkte (f fcd ) de elasticiteitmodulus. De elasticiteitsmodulus onder trek van het ongescheurde beton is dan: E c = 0,72. f crep / 0,00175 γ fc (1.15) Het spanning-rekdiagram in de UGT en BGT is weergeven in figuur 1.4 op de volgende bladzijde. In deze figuren is tevens geen rekening gehouden met de mogelijke aanwezigheid van betonstaal. Echter levert f ftd,1 een geringe bijdrage. De diagrammen kunnen daardoor wel worden gebruikt bij hybride beton. f = 0,45. f (1.13) trep,2 trep,3 eqm,1 f = 0,37. f (1.14) eqm,4 23

79 UGT BGT Figuur 1.4: spanning-rekdiagram van staalvezelbeton in de UGT en BGT volgens CUR aanbeveling 111 [6] De krachtswerking in een staalvezelbetonplaat kan zowel met de Lineaire-elasticiteitstheorie als met de Plasticiteitstheorie worden geschematiseerd. Ook kan de krachtsverdeling met een eindige-elementenprogramma worden bepaald. Het gebruik van deze methode en theorieën is wel aan voorwaarden verbonden. Deze kunnen worden gevonden in CUR aanbeveling 111 en in de Eurocode 2. De totale krimpverkorting moet worden bepaald op basis van de NEN 6720 (nu EC2).De verschillende soorten krimp worden behandeld in hoofdstuk 1.2. Tevens komt in hoofdstuk 1.2 de definitie van kruip aan de orde. In de krimpverkorting wordt er onderscheid gemaakt tussen een gemiddelde krimpverkorting in de vloer en een negatieve krimpgradiënt over de hoogte van de vloer. De krimp wordt als volgt in rekening gebracht: De krimpbelasting in de uiterste grenstoestand mag buiten beschouwing worden gelaten. Verondersteld wordt dat de buigstijfheid (EI) van de plaat door scheurvorming sterk is gereduceerd. De spanning-rekdiagrammen die worden weergegeven in figuur 1.4 zijn vereenvoudigd. De representatieve waarden voor de sterkten van staalvezelbeton kunnen hieruit worden herleid. De diagrammen zijn vereenvoudigd door de onder trek, lineair reagerende zone weg te laten. Dit levert geen problemen op door de relatief kleine invloed van deze zone. De CUR 111 omschrijft dat de vereenvoudigde diagrammen voldoende nauwkeurigheid geven over de werkelijk optredende situatie. De spanningrekrelatie in deze diagrammen geeft dus representatieve waarden voor de sterkten in zowel de uiterste grenstoestand als de bruikbaarheidsgrenstoestand. Gelijkmatig over de plaat optredende krimpverkorting van 1,0. ε cs Aan bovenzijde van de plaat optredende krimpverkorting van 0,9. ε cs en aan de onderzijde optredende krimpverkorting van 0,6. ε cs Bij dimensionering op buiging in de uiterste grenstoestand moet in elke doorsnede worden voldaan aan de voorwaarde: M d Mu (1.16) De maatgevende krimpbelasting wordt aangehouden. Het berekende moment in de UGT is kleiner of gelijk aan het opneembaar moment. UGT BGT Figuur 1.5: vereenvoudigd spanning-rekdiagram van staalvezelbeton in de UGT en BGT volgens CUR aanbeveling 111 [6] 24

80 In de uiterste grenstoestand leveren staalvezels nog een bijdrage in het opneembaar moment. Deze bijdrage kan worden berekent met de spanning-rekrelatie. De schematisering hiervan is weergeven in figuur 1.5 (UGT). Rekenmethoden In deze paragraaf wordt de werking van vezels bij dwarskracht, pons, buiging (staalvezels plus traditionele wapening) uitgelegd. Dit geschied mede m.b.v. de CUR aanbeveling 111 en Eurocode 2. Tevens wordt het scheurgedrag van staalvezelbeton verklaart van traditioneel gewapende balken met staalvezels aan de hand van een Cementartikel [9]. Dwarskracht In CUR aanbeveling 111 wordt gesteld dat de rekenwaarde van de optredende schuifspanning moet voldoen aan: d u (1.17) De optredende schuifspanning manifesteert zich vanaf de dag van de oplegging. De gunstige werking van de staalvezels t.a.v. de dwarskracht wordt in de rekenwaarde van de opneembare schuifspanning meegenomen. De bijdrage van de staalvezels aan de uiterst opneembare schuifspanning (η 1,f ) wordt bepaald met: τ 1,f = k h. τ f,d (1.18) Waarin: k h = 1,6 h h (hoogte balk) in meters en k h 1 η f,d = 0,18. f eqk,3 / 1,4. y ft f eqk,3 is de ondergrens van de equivalente trekspanning (zie figuur 1.2). Deze regel geldt alleen als er geen dwarskrachtwapening in de doorsnede wordt aangebracht. Tevens geldt dat er dat wanneer 1.17 wordt toegepast er traditionele buigwapening in de doorsnede aanwezig is. Deze buigwapening moet in staat zijn om de aanwezige scheurbelasting in x- en y-richting op te nemen. Dit standpunt geldt ook m.b.t. pons. Pons Er bestaat veel discussie over de werking van staalvezels bij pons. Bij het SVB-proefproject [15] is ervaren dat de ponsweerstand toeneemt na toevoeging van staalvezels aan het beton. Toch geldt hier het standpunt wat staat omschreven in de voorgaande paragraaf. Als er voldoende buigwapening is aangebracht mag de ponsweerstand van staalvezelbeton worden verhoogd met: τ 1,f = τ f,d (1.19) Waarin: η f,d = 0,18. f eqk,3 / 1,4. y ft paragraaf) (zie voorgaande Doorbuiging en scheurvorming Voor de doorbuigingsberekening van een staalvezelbetonvloer kan gebruik gemaakt worden van de algemene toetsing die is omschreven in de NEN De staalvezels mogen niet in beschouwing genomen worden bij het berekenen van een wapeningspercentage aan de hand van de equivalente buigstijfheid. Scheurvorming t.p.v. de steunpuntsmomenten geeft de grootste problemen bij staalvezelbetonvloeren. Dit als de vloeren dus alleen zijn gewapend zijn met staalvezels. Als staalvezelwapening wordt gecombineerd met traditionele wapening leidt dit minder snel tot problemen. Als scheurvorming in de vloer ontoelaatbaar wordt geacht mag de representatieve waarde van de langeduur-(buig)treksterkte niet worden overschreden. Er geldt dan: (1.20) d f ftrep,1 De krimpbelasting wordt ook in rekening gebracht bij deze spanningscontrole. M.b.t. de vloeistofdichtheid kunnen nog hogere eisen aan een betonvloer worden gesteld. Voor deze eisen wordt verwezen naar CUR aanbeveling 65 [16]. Als scheurvorming is toegestaan, is de verwachte scheurvorming met een andere methode te bepalen. Bij deze methode wordt aangenomen dat de er een lineair verloop is van de scheurwijdte over de gescheurde zone. De invloed van de hoogte van het onder trek gescheurde beton wordt verwaarloosd. Hierdoor kan gesteld worden dat de spreiding vanaf de vezels en de scheur plaatsvindt onder een hoek van 45. In figuur 1.5 op de volgende bladzijde is dit weergegeven. 25

81 Voor de berekening van ε sm - ε cm wordt verwezen naar EC [8], berekening van de scheurwijdtes. De maximale scheurafstand s r,max wordt berekend uit: Figuur 1.6: rek- en spanningsfiguur met bijbehorend scheurwijdte patroon De scheurwijdte kan bepaald worden met: w max = 2 (h - h x). ε ft,max (1.21) Met deze formule kan worden bepaald of aan de scheurwijdte eis wordt voldaan. De invloed van de krimpbelasting is hierbij echter nog niet meegenomen. Deze controle, in de bruikbaarheidsgrenstoestand is omschreven met de volgende formule: M rep + Mkrimp Nkrimp + 1 M bhf wmax ftrep,1 (1.22) Waarin: M rep = Moment in de BGT. M krimp = Moment door belemmerde krimpgradiënt in BGT. M wmax = Moment opneembaar als aan de scheurwijdte eis wordt voldaan. N krimp = Normaaltrekkracht door belemmerde krimp in BGT. De overige symbolen worden in voorgaande teksten omschreven. Om de scheurwijdte te bepalen van beton dat is gewapend met traditionele- en met staalvezelwapening (Hybride gewapend) zijn andere methoden van toepassing. Door de Rilem TC162-TDF commissie is een methode opgesteld die de scheurwijdte van een hybride gewapende balk bepaald op basis van de Eurocode 2. De scheurwijdte wordt in Eurocode 2 berekend met de formule: w k = s r,max (εsm - ε cm) (1.23) Waarin: s r,max = Maximale scheurafstand ε sm = Gemiddelde rek in wapening ε cm = Gemiddelde betonrek tussen de scheuren s = k c + k k k r,max ρ ρ,eff (1.24) Waarin: k 3 = 3,4 conform EC2-NB. c = Dekking. k 1 = Coëfficiënt m.b.t. aanhechtingseigenschappen. k 2 = Coëfficiënt m.b.t. rekverdeling. k 4 = 0,425 conform EC2-NB. ø = (Equivalente) Staafdiameter. ρ ρ,eff = Effectief wapeningspercentage (A s + ξ 1 A p ) / A c,eff zie; [8]. De gemiddelde rek in de wapening en in het beton wordt berekend met de formule: (1.25) fct,eff σs - kt 1 + αe ρρ,eff ρρ,eff σ εsm- ε cm = 0,6 E E s Waarin: ζ s = De spanning in de trekwapening k t = Factor afhankelijk van belastingduur. f ct,eff = De gemiddelde treksterkte van beton. α e = Verhouding E s /E c E = Elasticiteitsmodulus In formule 1.24 is het gunstige effect wat de staalvezels hebben op de scheurvorming niet in rekening gebracht. Om het positieve effect van de staalvezels mee te nemen wordt in de staalspanning (ζ s ) de nascheur-treksterkte van staalvezelbeton in rekening gebracht. Dit geschied met de methoden die zijn weergegeven in formules 1.12 en Uit balkproeven blijkt dat bovenstaande methode conservatief is. De scheurafstanden zijn in werkelijkheid kleiner. Door prof. dr. ir. L. Vandewalle is daarom een aanpassing van de formule voorgesteld [9]. Deze formule geldt voor balken die zijn voorzien van langswapening en gehaakte vezels. s s 26

82 Figuur 1.7: resultaten van een driepuntsbuigproef i.c.m. resultaten van verschillende rekenmethodes [9] De maximale scheurafstand s r,max wordt bij deze formule berekend uit: s = k c + k k k r,max Waarin: k3 c 1 l f /d f k3 c ρ ρ,eff l f /d f l f = Lengte van staalvezel d f = Dikte van staalvezel l f /d f = Slankheid van staalvezel In figuur 1.6 is te zien dat de methode Vandewalle het meest nauwkeurig is. (1.26) (1.27) Rek- en spanningsverloop in Hybridebeton In de bijlage van CUR aanbeveling 111 zijn de vergelijkingen gegeven die nodig zijn om het reken spanningsverloop over de hoogte van een op buiging belaste staalvezelbetondoorsnede te berekenen. De vergelijkingen gelden voor een gescheurde doorsnede en zijn opgesteld voor de BGT en UGT. Voor de samenstelling van de spanningsdiagrammen zijn de vereenvoudigde figuren van figuur 1.4 toegepast. Bruikbaarheidsgrenstoestand. De drukzone in het hybride beton kent een lineair verloop. Het staalvezelbeton is gescheurd en kan daarna nog spanning overdragen. Na het scheuren van het staalvezelbeton wordt F ftrep,2 en F ftrep,3 aangehouden voor het bepalen van de spanning. (zie figuur 1.2). Uiterste grenstoestand. De spanningen in de drukzone worden in de UGT gedeeltelijk plastisch beschouwd. Hierbij hoort een betonrek van 3, De trekzone is ook in de UGT gescheurd beschouwd. Verondersteld is dat de rek in de trekzone niet wordt overschreden en de uiterste vezel nog een trekspanning op kan nemen. Gecontroleerd moet worden of hieraan wordt voldaan. In de tabellen op de volgende pagina zijn de bijbehorende evenwichtsvergelijkingen gegeven voor de situaties in de BGT en UGT. 27

83 Spanningsverloop en bijbehorende evenwichtsvergelijkingen in de BGT De maximale rek: Het momentenevenwicht: M h N h h T h h T d h T w max x 1 x 2,1 x 2,2 x Tabel 1.1: spanningsverloop en vergelijkingen in de BGT (CA 111) [6] ft,max 2 w max h h De kracht in het beton: N 0, 5 h b f 1 x x fcrep ft,max 0, 0021 h x h h De kracht in het wapeningsstaal: T A A E A E 1 s s s s s s s x d h x h h De kracht geleverd door de staalvezels: T b h h f f f x ft,max x ftrep ftrep ftrep 2,1,2,2,3 1 T b h h f f Spanningsverloop en bijbehorende evenwichtsvergelijkingen in de UGT ft,max x ftrep ftrep 2,2,2,3 Het horizontaal evenwicht: H 0 N T T T 1 1 2,1 2,2 De kracht in het beton: N 0, 75 h 1 xu b f fcd De kracht in het wapeningsstaal: d hxu 3 T A A E A E 3, 5.10 A f 1 h s s s s s s s s sy De kracht geleverd door de staalvezels: xu ft T b h h f f f ft T b h h f f 2,2 xu ftd,2 ftd,3 2,1 xu ftd,2 3 ftd,2 ftd, Het momentenevenwicht: M h N h h T h h T d h T u xu 1 xu 2,1 xu 2,2 xu Tabel 1.2: spanningsverloop en vergelijkingen in de UGT (CA 111) [6] Het horizontaal evenwicht: H 0 N T T T 1 1 2,1 2,2 28

84 1.2 Kunststofvezelwapening In hoofdstuk 1.1 is aangegeven dat beton gewapend kan worden met staalvezels. Beton kan ook worden gewapend (versterkt) met kunststofvezels. De toepassingen en werking van kunststofvezels in beton worden in dit hoofdstuk behandeld. Tevens komen andere zaken m.b.t. kunststofvezels aan bod. In de jaren vijftig van de vorige eeuw is een nieuw type kunststof ontwikkeld, polypropyleen. De ontwikkeling van polypropyleen vezels raakte in een stroomversnelling door het verbod op asbestvezels. Polypropyleen wordt ook wel polypropeen genoemd. De moleculen van dit type kunststof worden in lijn gebracht. Het in lijn brengen van vezels wordt polymerisatie genoemd. De mechanische eigenschappen van een kunststof worden hiermee verbeterd. Met het verschijnen van dit nieuwe type kunststof wordt vanaf de jaren 70 geëxperimenteerd voor de toepassing in beton. Hiermee werd begonnen door de Nederlander Zonsveld. Voor de toepassing van de vezels in beton wordt polypropyleen gefibrilleerd of geëxtrudeerd naar een rechte vezel. Er zijn verschillende vezeltypen beschikbaar voor de toepassing in beton. Deze worden in de volgende paragraaf uiteengezet. De meest gebruikte kunststofvezels in beton zijn van polypropyleen. Dit onderzoek beperkt zich dan ook tot de kunststofvezels die geproduceerd worden van dit materiaal. Afbeelding 1.18: geëxtrudeerde vezels [1] 2 Gefibrilleerde vezels: Deze vezels worden geproduceerd door het hoog-verstrekken van polypropyleen folies. Een polypropyleen folie wordt uitgerekt en verstrekt totdat de gewenste sterkte wordt bereikt. Door het verstrekken van de polypropyleen folies ontstaan fibrillen die zorgen voor een goede aanhechting van de vezels in beton. Na de hiervoor genoemde processen wordt de vezels versneden tot de gewenste lengte. Kunststofvezeltypen Kunststofvezels kunnen worden onderverdeeld in twee typen. Deze vezeltypen worden onderscheiden door de manier van produceren. We onderscheiden de volgende twee (meest voorkomende) soorten (mogelijke verschijningsvormen zijn onder de beschrijving aangegeven): Afbeelding 1.19: gefibrilleerde vezels [1] 1 Geëxtrudeerde vezels: Hierbij wordt gesmolten polypropyleen door een matrijs gedrukt waarna de draad die ontstaat geprofileerd kan worden. De draad koelt tijdens dit proces af. De draad die ontstaan is wordt na afkoelen op maat gesneden tot vezels. Het profileren van de vezel zorgt voor een betere verankering in het beton. Een gladde vezel is immers slecht te verankeren. Afbeelding 1.20: detailopname van fibril van vezel van verstrekte gefibrilleerde polypropeenfolie [2] 29

85 Samenstelling De gefibrilleerde vezels worden het meest toegepast in beton. De vezels worden toegepast om plastische krimpscheuren te voorkomen of te verminderen. Er wordt gesteld dat als er meer dan 0,9 kg/m 3 vezels aan het beton wordt toegevoegd dit leidt tot een verminderde verwerkbaarheid. Tevens wordt gesteld dat als er een grotere hoeveelheid gefibrilleerde vezels aan het betonmengsel worden toegevoegd dit geen zin heeft. Het toevoegen van zowel geëxtrudeerde- als gefibrilleerde vezels vergroot het specifiek oppervlak van beton. Het specifiek oppervlak geeft de fijnheid van een materiaal aan. Een voorbeeld; beton waaraan een grindkorrel met een grote diameter wordt toegevoegd heeft een kleiner specifiek oppervlak dan beton waaraan een kleiner type grindkorrel wordt toegevoegd. Doordat de specifieke oppervlakte van beton wordt vergroot door het toevoegen van de vezels wordt het beton minder goed verwerkbaar. Water omhuld immers een grotere oppervlakte waardoor de vloeibaarheid van het beton minder wordt. De vloeibaarheid van beton wordt gemeten met de consistentieklasse. Vaak is het noodzakelijk dat het beton om wapening heen kan vloeien en dus een redelijke vloeibaarheid heeft. De water-cementfactor van beton kan worden verhoogt om de vloeibaarheid van het beton te vergroten. Dit heeft echter de nadelige eigenschap dat wanneer de water-cementfactor wordt verhoogd de sterkte van het beton achteruit gaat. Om dit te voorkomen kan een plastificeerder aan het beton worden toegevoegd. Het toevoegen van een plastificeerder zorgt er niet voor dat de kwaliteit van het beton achteruit gaat. Door het toevoegen van een plastificeerder aan het beton kan zelfs de water-cementfactor lager worden waardoor de sterkte van het beton toeneemt. Als het toevoegen van een plastificeerder niet zorgt voor voldoende plasticiteit (vloeibaarheid) van het beton kan een superplastificeerder worden toegevoegd aan het betonmengsel (zie hoofdstuk 1.1: Samenstelling, uitvoering). standaard toegepast in de betonwanden of elementen. Dit door de gunstige eigenschap van kunststofvezels bij brand. Brand in tunnels is een groot risico. Door het ontstaan van hoge temperaturen bij brand kan beton gaan afspatten wat kan leiden tot het bezwijken van de tunnelconstructie. Naarmate de temperatuur in het beton hoger wordt zet water in beton uit. Dit kan leiden tot het afspatten van beton. Gefibrilleerde polypropyleen vezels hebben een smeltpunt van 160 C. Deze temperatuur wordt bij een tunnelbrand al snel bereikt. De kunststofvezels die in de tunnelwanden of elementen zijn toegepast zullen gaan smelten. Doordat de kunststofvezels gaan smelten vormen zij kleine kanaaltjes in het beton. Door deze kanaaltjes kan vocht ontsnappen uit het beton. De kanaaltjes die ontstaan zorgen ervoor dat de waterdruk in het beton niet oploopt en dat de kans op afspatten van het beton wordt verminderd. Vloeistofdichte constructies: Het toevoegen van gefibrilleerde kunststofvezel zorgt ervoor dat scheurvorming door plastische krimp wordt verminderd of uitgesloten. Als plastische krimpscheuren worden voorkomen kan de vloeistofdichtheid worden beperkt tot enkele millimeters. Dit terwijl bij een constructie met plastische krimpscheuren de indringing minimaal 10 mm of zelfs de gehele constructiehoogte bedraagt [3]. Plastische krimp kan optreden door de verdamping van water uit beton tijdens de eerste dag na de stort. Deze krimp kan tot trekspanningen leiden die nog te hoog zijn voor het jonge cementsteen waardoor scheuren ontstaan. Verder in dit onderzoek wordt dieper op het fenomeen krimp ingegaan. Overige constructies waar scheurvorming door plastische krimp niet wenselijk is (esthetiek) of snel optreed zoals bij schuimbeton. Toepassingen De kunststofvezel die het meest wordt toegepast is de gefibrilleerde kunststofvezel. De gefibrilleerde kunststofvezel kent de volgende toepassingen; Tunnels: In moderne betonconstructies van tunnels worden kunststofvezels bijna Afbeelding 1.21: plastische krimpscheuren 30

86 Spuitbeton: Als kunststofvezels aan spuitbeton wordt toegevoegd kan het worden aangebracht in dikkere lagen. Heipalen: De energie die tijdens het heien vrijkomt kan tot paalbreuk leiden. Door het toevoegen van kunststofvezels aan het beton is er een grotere rek mogelijk dan bij ongewapend beton. Hierdoor kan het beton meer energie op kan nemen voordat het bezwijkt. De geëxtrudeerde kunststofvezel wordt tevens toegepast in betonconstructies. Hierbij vervangt de vezel voor een deel of geheel traditionele wapening. Bij de mechanische werking van de kunststofvezels kunnen serieuze kanttekeningen worden geplaatst die verder in dit onderzoek worden besproken. I.v.m. deze kanttekeningen wordt de toepassing van geëxtrudeerde kunststofvezels waarbij deze als wapening werkt niet uitgebreid besproken. Geëxtrudeerde kunststofvezels worden toegepast in: Vloeren op staal en betonnen wegen. Geprefabriceerde gevelelementen. Duurzaamheid Zoals al eerder gesteld wordt in dit onderzoek met duurzaamheid de levensduur van een materiaal bedoeld. Scheurvorming in beton t.g.v. plastische krimp wordt door het toevoegen van gefibrilleerde vezels aan het beton verminderd of voorkomen. Het verminderen van scheuren zorgt voor een verhoging van de duurzaamheid. Door scheuren kan vocht beton binnendringen en het wapeningsstaal bereiken waardoor het gaat roesten. Door roestvorming zet het wapeningsstaal uit waardoor beton kan afspatten (betonrot). In moderne betonconstructies wordt betonrot voor een periode van 50 tot 100 jaar uitgesloten door de in moderne constructies gehanteerde dekking op de wapening en door de eisen m.b.t. scheurwijdte. Betonrot kan worden uitgesloten als er geen uitvoerings- en andere fouten worden gemaakt. Tevens zorgt de afwezigheid van scheuren ervoor dat beschadigingen minder snel optreden. De constructie wordt slijtvaster. Beschadigingen kunnen ontstaan door langdurige verkeersbelasting of door ander gebruik. Een scheur is een inleiding voor toekomstige beschadigingen. Van polypropyleen is aangetoond dat het kunststof goed bestand is tegen het alkalische milieu in beton. Ook is de kunststof goed bestand tegen andere factoren zoals oxidatie. Dit omdat de vezel wordt ingekapseld in het beton. Kunststofvezels gemaakt van polypropyleen vertonen kruipverschijnselen. Dit is een reden waarom polypropyleen vezels niet toegepast kunnen worden als wapening in een constructie. Kruip is toenemende vervorming van een materiaal bij gelijkblijvende belastingen en dus spanningen. De optredende vervorming bij kruip is blijvend. Door de gunstige eigenschappen van de kunststofvezels tijdens brand zorgen de vezels ervoor dat de samenhang van het beton gehandhaafd blijft (zie voorgaande paragraaf). De eigenschappen van de vezel vallen bij brand weg. Echter als een vezel wordt toegepast om scheurvorming bij plastische krimp te voorkomen, hebben de vezels hun functie al vervuld. Uitvoering Bij de uitvoering van kunststofvezelbeton zijn geen problemen te verwachten als er niet meer dan 0.9 kg/m 3 gefibrilleerde kunststofvezels aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Als er meer vezels worden toegevoegd leidt dit tot verminderde verwerkbaarheid (zie paragraaf samenstelling). Het toevoegen van kunststofvezels aan het betonmengsel kan op eenzelfde manier geschieden als het toevoegen van staalvezels aan het betonmengsel (zie hoofdstuk 1.1: Uitvoering). Bij het toevoegen van kunststofvezels is geen vorming van egels te verwachten. De vezels zijn recht en hebben geen haakjes waardoor ze in elkaar kunnen gaan haken. Er hoeven geen maatregelen worden getroffen om de vorming van egels te voorkomen. Tijdens het mengen van gefibrilleerde vezels door beton worden de vezels uit elkaar getrokken ( ontstaan van extra fibrillen) waardoor de verankering van de vezels in het beton wordt verbeterd. Bonar is een fabrikant van kunststofvezels en adviseert om de menger van de betoncentrale of de truckmixer minimaal 70 omwentelingen te laten draaien voor een goede menging van de vezels in het beton. 31

87 1.2.1 Mechanische eigenschappen Algemeen Dit hoofdstuk beschrijft de werking van kunststofvezels in beton en de werking van de verschillende kunststofvezeltypen. Tevens wordt een methode om de werking van kunststofvezels te beproeven besproken. De werking van kunststofvezels in beton Kunststofvezels worden zoals eerder vermeld toegepast om plastische krimpscheuren te verminderen of te voorkomen. Er zijn verschillende soorten krimp. Hieronder worden de verschillende soorten krimp kort beschreven: Plastische krimp: Het verdampen van aanmaakwater uit beton tijdens de plastische fase van beton (één dag). Uitdrogingskrimp: Het verdampen van niet gebonden water uit beton. Door het waterverlies verkort het beton. Verhardings- of chemische krimp: Deze vorm van krimp ontstaat doordat de hoeveelheid gereageerde stoffen (water en cement) kleiner is dan de hoeveelheid toegevoegde stoffen (water en cement). Autogene krimp: Deze vorm van krimp treedt op bij beton met een lage watercementfactor. Als al het water is opgebruikt voor de reactie leidt dit tot een inwendig uitdrogingsproces wat kan leiden tot volumeverandering van het beton. Kunststofvezels kunnen plastische krimpscheuren verminderen doordat de vezels tijdens het uithardingsproces van het beton scheuroverbruggend werken en door andere redenen. In de plastische fase van beton heeft beton nog nauwelijks sterkte en is er nog amper sprake van een elasticiteitsmodulus. De gefibrilleerde polypropyleen vezels hebben in deze fase een hogere sterkte en stijfheid dan het beton zelf. De vezels zorgen dat beton zich in de plastische fase als een composiet gedraagt. Het beton krijgt door het toevoegen van de kunststofvezels in de plastische fase een hogere stijfheid en toelaatbare treksterkte. Na het verdampen van bleedingwater gaat het ongebonden water dat zich hieronder bevindt reageren en verdampen. Hierdoor ontstaat een onderdruk in het beton. Dit kan bij verhinderde vervorming leiden tot scheurvorming. Doordat de kunststofvezels zorgen voor een hogere stijfheid van het beton in de plastische fase kan het beton in deze fase meer trekspanningen opnemen. Dit zorgt voor minder scheurvorming. De scheuren die ontstaan zijn kleiner en meer verdeeld omdat de vezels scheuroverbruggend (scheurverdelend) werken. Deze eigenschap is vooral nuttig in de overgangsfase in het beton van plastisch naar vast. Het beton is in deze fase al niet meer te vervormen terwijl de sterkte nog niet is ontwikkeld. De mogelijkheid tot vervormen wordt deformeren genoemd (ε). De deformeerbaarheid van beton in de plastische en vaste fase van beton is in onderstaande grafiek weergegeven. Figuur 1.8: verloop van deformeerbaarheid van beton in de verschillende fases [2] Van belang bij werking van de vezels als constructieve wapening is dat spanningsoverdracht mogelijk is tussen de vezels en het beton. Deze spanningsoverdracht wordt bij kunststofvezels mechanisch tot stand gebracht. De kunststofvezels kunnen zich d.m.v. de fibrillen of geprofileerde randen verankeren in het beton. Echter kunnen kunststofvezels niet worden toegepast als constructie wapening in beton. Dit om de volgende redenen: De elasticiteitsmodulus van polypropyleen vezels is lager dan die van uitgehard beton. Het verschil in elasticiteitsmodulus zorgt voor grote scheurvorming of vervorming voordat de vezels gaan werken. Polypropyleen vezels vertonen kruipverschijnselen. De vezels zijn niet bestand tegen brand. De vezels smelten en verliezen hun sterkte bij 160 C. 32

88 De elasticiteitsmodulus van polypropyleen varieert van +/ N/mm 2 voor de gefibrilleerde vezels tot N/mm 2 voor de geëxtrudeerde vezels (treksterkte: N/mm 2 ). De elasticiteitsmodulus van beton begint bij N/mm 2. Dit voor de laagste betonkwaliteit (C12/15, hogere betonkwaliteit betekend > E). De elasticiteitsmodulus van beton is alleen tijdens de eerste 24 uur van het uitharden lager dan de elasticiteitsmodulus van de vezels. Dit is in onderstaande figuur weergegeven. Adfill construction fibers (Bonar) Propex Fibermesh Confiber Gefibrilleerde polypropyleen vezels verankeren zich in het beton door de fibrillen die gevormd worden door het verstrekken van folie. De fibrillen worden extra ontwikkeld tijdens het mengproces van beton. Op onderstaande afbeelding is de werking van de gefibrilleerde vezel te zien in de ongescheurde (1, vlak na en tijdens stort) en gescheurde plastische fase (2) van beton met en zonder vezels (3). De krimpscheuren zijn globaal aangegeven. Figuur 1.9: verhouding van elasticiteitsmodulus van beton en polypropyleen in de loop der tijd [4] Gesteld kan worden middels onderstaande formule dat de elasticiteitsmodulus van invloed is op de scheurvorming in beton. Hoe groter de elasticiteitsmodulus hoe kleiner de rek bij een gelijkblijvende spanning. De rek geeft de vervorming (ΔL) t.o.v. de lengte van een element. σ = ε. E (1.28) Waarin: ζ = Spanning in beton ε = ΔL / L (rek) E = Elasticiteitsmodulus Vezeltypen Geëxtrudeerde vezels kunnen alleen toegepast worden bij constructies waar grote vervormingen zijn toegestaan. De geëxtrudeerde vezels worden niet toegepast om plastische krimpscheuren te voorkomen. De gefibrilleerde vezels worden hiervoor wel toegepast. De gefibrilleerde vezels worden geproduceerd door verschillende producenten: Afbeelding 1.23: werking van gefibrilleerde polypropyleen vezels in beton Het beproeven van kunststofvezelbeton Om de werking van kunststofvezels in beton bij plastische krimp te beproeven zijn er twee proefmethoden bekend. De plaat- en kernproef. De plaatproef wordt in Nederland voorgeschreven in CUR aanbeveling 42 [5]. Deze wordt dan ook kort in deze paragraaf toegelicht. Bij de plaatproef wordt in een vlakke mal beton gestort. Aan het beton is in de verhouding 0,9 kg/m 3 gefibrilleerde polypropyleen vezels toegevoegd. De mal wordt na het storten gelijk in een windtunnel geplaats waarin de luchtstroom, temperatuur en luchtvochtigheid worden gereguleerd. Deze omstandigheden in de windtunnel worden beïnvloed zodat plastische krimpscheuren optreden bij beton zonder vezels. Met deze proef is te bewijzen dat de beproefde kunststofvezels plastische krimpscheuren voorkomen of verminderen (zie; [5]). 33 Afbeelding 1.22: schematische weergave windtunnel [5]

89 Figuur 1.10: verband tussen temperatuur, relatieve vochtigheid en windsnelheid op de verdamping van vocht aan het betonoppervlak [6] Regelgeving en toepassingen Algemeen en regelgeving Zoals in het vorige hoofdstuk is aangegeven kan de werking van gefibrilleerde polypropyleen vezels bij plastische krimp worden bewezen met de plaatproef. De plaatproef wordt uitgevoerd conform CUR aanbeveling 42. CUR aanbeveling 42 omschrijft de werking van polypropyleen vezels bij plastische krimp. Omdat polypropyleen vezels niet als constructieve wapening gebruikt kunnen worden is hier ook geen regelgeving voor opgesteld. Op de constructieve toepassingen wordt dan ook niet verder ingegaan. Toepassingen Het advies is om gefibrilleerde polypropyleen vezels toe te voegen in een verhouding van 0,9 kg/m 3 beton als er sprake is van plastische krimpscheuren. De leverancier moet wel kunnen aantonen dat (d.m.v. een uitgevoerde plaatproef) de geleverde vezels werken als plastische krimpwapening. Plastische krimp hoeft niet altijd tot scheurvorming te leiden. Plastische krimpscheuren ontstaan als de verdampingssnelheid groter of gelijk is aan 1 kg/m 2 per uur. De verdampingssnelheid is afhankelijk van: De relatieve vochtigheid. De windsnelheid De temperatuur M.b.v. bovenstaand figuur is te bepalen of de verdampingsnelheid groter is dan 1 kg/m 2 per uur. Als de verdampingssnelheid groter is wordt geadviseerd om 0,9 kg/m 3 gefibrilleerde polypropyleen vezels aan het beton toe te voegen. De verdampingssnelheid van beton is te bepalen door de pijl in bovenstaande grafiek te volgen. Plastische krimpscheuren kunnen ook voorkomen worden door het nabehandelen van beton met curing compound of door nathouden en afdekken van beton (met folie). 34

90 1.3 Beton Beton is een overkoepelende naam voor verschillende typen (niet-gebakken) kunststeen. Dit hoofdstuk behandeld beton waarbij cement het bindmiddel is. Asfaltbeton is bijvoorbeeld beton waarbij bitumen het bindmiddel is. Cementbeton is samengesteld uit cement, granulaat (grind en zand), water en eventuele toeslagstoffen en/of vulstoffen. In combinatie met staalvezelwapening zijn vele betonsoorten mogelijk. De vraag is of de toepassing van deze betonsoorten voordelen bieden wanneer zij worden toegepast in combinatie met staalvezels bij funderingsherstel. De betonsoorten die in dit hoofdstuk worden behandeld zijn zelfverdichtend beton en hogesterktebeton. Dit hoofdstuk start met een algemene inleiding over beton. Aan het eind van dit hoofdstuk wordt de achterliggende theorie van M-Kappa-diagrammen beschreven. Dit i.v.m. de toepassing van de diagrammen verder in het afstudeeronderzoek. Samenstelling Eenvoudig huis tuin en keuken beton bestaat uit één volumedeel cement, twee volumedelen zand en drie volumedelen grind. Eén tiende van de totale hoeveelheid vaste stoffen moet als water worden toegevoegd om de chemische reactie te starten. Het chemisch proces van beton is oneindig. Beton wordt naarmate de tijd vordert steeds sterker. De cilinderdruksterkte waarmee in constructieberekeningen wordt gerekend, wordt bereikt na 28 dagen. Beton heeft dan afhankelijk van de samenstelling 70 á 90 procent van de uiteindelijke sterkte bereikt. Bij de keuze voor een betonsamenstelling moet rekening gehouden worden met [1]: Mechanische eigenschappen. Vervormingsgedrag. Technische duurzaamheid. Milieu-impact van de grondstofkeuze. Watercementfactor De watercementfactor bepaald in grote mate de vloeibaarheid, de duurzaamheid en de uiteindelijke sterkte van beton. De watercementfactor geeft de verhouding aan tussen de hoeveelheid water en de hoeveelheid cement in een betonmengsel. Om ervoor te zorgen dat er een hydratatiereactie ontstaat tussen het cement en water is minimaal een watercementfactor van 0,3 noodzakelijk. Bij een lagere waarde ontstaat een tekort aan water waardoor niet al het cement kan reageren. De watercementfactor bepaald voor een groot deel de permeabiliteit van de constructie. De permeabiliteit geeft de mate van waterdoorlaatbaarheid (Wet van Darcy) van de constructie. Aan de hand van de milieuklasse waarin een constructie zich bevindt kan de maximale hoogte van de watercementfactor worden bepaald. Dit is vastgelegd in normen. Er geldt hoe hoger de watercementfactor, hoe groter de permeabiliteit. Tevens geldt, hoe hoger de watercementfactor, hoe lager de sterkte en hoe beter de verwerkbaarheid. Het toevoegen van een plastificeerder verlaagt de waterbehoefte van beton. Er is nog wel evenveel water benodigd voor de hydratatiereactie. Een plastificeerder of superplastificeerder kan niet onbeperkt worden toegevoegd. De dosering bedraagt gebruikelijk 0,4 tot 0,8 procent van het cementgehalte. Het toevoegen van een te grote hoeveelheid plastificeerder kan ertoe leiden dat lucht en vertraging in uitharding van het betonmengsel optreden. Afbeelding 1.24: hoogovenslak en gegranuleerde hoogovenslakken 35

91 Cement Er zijn verschillende typen cement. Portlandcement, hoogovencement en vliegas worden toegepast in beton en hebben elk eigenschappen die de betonkwaliteit beïnvloeden. Vliegas kan een deel van Portland- of hoogovencement vervangen. De toepassing van een cementsoort is afhankelijk van de gewenste sterkte, uithardingstijd, bestandheid tegen aantasting en kleur. De cementtypen hebben de volgende eigenschappen: Portlandcement: Dit cementtype heeft zijn naamgeving te danken aan de plaats vaar voor het eerst portlandsteen werd gewonnen. Dit is het Isle of Portland in Dorset, Engeland. De eigenschap van Portlandcement is dat het vrij snel uithard. Dit is soms bijvoorbeeld noodzakelijk bij koud weer. In de prefab industrie wil men vaak snel ontkisten waardoor Portlandcement in de prefab industrie vaak wordt gebruikt. Hoogovencement: Dit cementtype wordt gemaakt van een afvalproduct van de ijzerproductie. De hoogovenslak of ijzerslak. Slakken ontstaan bij de reactie tussen steenkool en ijzererts in de hoogoven. Bij normale temperaturen reageert hoogovenslak trager dan Portlandcement. Bij hoge temperaturen reageert hoogovencement sneller. Doordat hoogovencement bij normale temperaturen langzaam reageert heeft het hoogovencement een lagere hydratatiewarmte dan Portlandcement. Dit zorgt ervoor dat scheurvorming in beton vanwege temperatuurverschillen kan worden beperkt. Aan hoogovencement moet vanwege de lage hydratatiewarmte in de winter soms Portlandcement worden toegevoegd. Hoogovencement is beter dan bestand tegen sulfaten dan Portlandcement. Dit biedt voordelen bij constructies in zee, afvalwaterinstallaties en mestputten. Hoogovencement is milieuvriendelijker dan Portlandcement omdat hoogovencement wordt geproduceerd van een restproduct. Vliegas: Dit is een restproduct dat ontstaat bij de verbranding van poederkool. M.b.v. vliegasvangers worden stofdeeltjes gevangen die bij de verbranding van poederkool ontstaan. Vliegas kan cement voor een deel vervangen. Het deels vervangen van normaal cement door vliegas kan ervoor zorgen dat een hogere eindsterkte van het beton kan worden bereikt. Dit i.v.m. de watercementfactor die kan worden verkleint vanwege de sferische vorm van vliegasdeeltjes. Bij CEM I mag conform de NEN-EN 1 kg vliegas 0,4 kg cement vervangen. Bij CEM III mag 1 kg vliegas 0,2 kg cement vervangen. Naast de hierboven genoemde bestanddelen voor de productie van cementsoorten kan ook gebrande kalk, puzzolaan, gebrande leisteen en microsilica aan het cement worden toegevoegd. Daarnaast kan een cement geproduceerd worden op basis van aluminiumcementklinker. Dit cement bestaat uit bauxiet en kalksteen. Het cement wordt toegepast als vuurvastheid een eis is. Bijvoorbeeld in ovens. Verschillende cementtypes worden aangeduid met CEM I tot en met CEM V. De cementtypes worden gemengd tot cementsoorten zodat de gewenste samenstelling ontstaat. Hierbij kunnen ook verschillende typen cement in één mengsel worden gemengd. In Nederland zijn onderstaande cementsoorten toegestaan. Deze soorten worden in de NEN 8005 omschreven. Andere cementtypen zijn toegestaan als de geschiktheid is aangetoond middels CURaanbeveling 48. Cementtype CEM I CEM II/A-S en CEM II/B-S CEM II/A-V en CEM II/B-V CEM II/B-T CEM III/A en CEM III/B Bestanddelen Portlandcementen Portlandslakcementen Portlandvliegascementen Portlandleisteencement Hoogovencement Tabel 1.3: In Nederland toegestane cementsoorten [1] De samenstelling van cementtypes CEM I tot en met CEM V worden omschreven in de NEN-EN Afbeelding 1.25: voorbeelden cementbenamingen [1] 36

92 Toeslagmaterialen Beton bestaat voor ongeveer 70 procent uit toeslagmaterialen. Toeslagmaterialen in beton zijn zand en grind. De toeslagmaterialen vormen het dragende skelet in beton. De aanhechting en de druksterkte van toeslagmateriaal bepalen in grote mate de uiteindelijke sterkte van beton. Toeslagmateriaal kan uit de natuur worden gewonnen of kunstmatig worden geproduceerd. De toeslagmaterialen worden ingedeeld naar herkomst, volumieke massa en korrelafmeting [1]. Mogelijke grindkorrelafmetingen zijn Dmax 8, 16, 22 en 32 mm. Bij natuurlijke winning wordt onderscheid gemaakt in de natte en droge winning. Bij de natte winning wordt zand en grind gewonnen uit rivieren of uit zee. Hierbij heeft natuurlijke selectie plaatsgevonden doordat de slechte grindsoorten zijn geërodeerd tot zand. De kwaliteit van rivier of zeegrind is dus meestal redelijk constant. Bij winningen van toeslagmaterialen uit zee moet rekening worden gehouden met het chloridengehalte van zeezand of zeegrind. Zout moet uit het materiaal worden gewassen zodat de betonkwaliteit niet slechter wordt vanwege het chloridengehalte in het toeslagmateriaal (zout versneld het oxidatieproces van wapening). Bij droge winning worden toeslagmaterialen gewonnen uit steengroeven. De korrelafmetingen worden op de gewenste grote gebracht d.m.v. breken. Zeven scheiden de verschillende korrelafmetingen. De kwaliteit van de toeslagmaterialen uit de droge winning verschilt meer dan bij de natte winning. Er heeft geen natuurlijke selectie plaatsgevonden. Met proeven kan worden bepaald of de gewonnen toeslagmaterialen voldoen aan de gewenste kwaliteit. Binnen een groeve zijn verschillende kwaliteiten mogelijk. Steensoorten die met de droge winning worden gewonnen zijn; graniet, porfier, lava en bims. Tevens kan bergzand worden gewonnen. Bergzand is een restproduct dat ontstaat bij het breken van steen of dat specifiek in een groeve wordt gewonnen. Kunstmatige toeslagmaterialen worden geproduceerd uit restproducten of speciaal voor de toepassing geproduceerd. Toeslagmaterialen die worden geproduceerd uit restproducten zijn: Betongranulaat: Beton uit gesloopte betonconstructies wordt gebroken tot de gewenste korrelafmeting. Metselwerkgranulaat: Metselwerk wordt gesloopt en gebroken tot de gewenste korrelafmeting. Gesinterde vliegas: Bestaat uit vliegas dat is gesinterd aan de ketelwand. De brokken vallen van de ketelwand naar beneden en vormen bodemas. Onder de ketelwand staan opvangbakken die zijn gevuld met water. De bodemas stolt hierin waarna het wordt opgeslagen. Mijnsteen: bestaat uit zandsteen en kleisteen. Deze steensoorten komt vrij bij de winning van steenkool. Mijnsteen kan worden gebrand, gewassen en gebroken om de gewenste kwaliteit te krijgen. Een kunstmatige toeslagmateriaal dat speciaal voor de toepassing in beton (en andere zaken) wordt geproduceerd is: Geëxpandeerde kleikorrels: Dit is een licht toeslagmateriaal dat ontstaat door het expanderen van klei (gemalen, gegranuleerd en tot 1200 C verhit klei). Afbeelding 1.26: riviergrind (L) en betongranulaat (R) 37

93 1.3.1 Vezel (ultra)hogesterktebeton Algemeen Hogesterktebeton (HSB) is beton met een sterkteklasse van C55/67 tot C90/105. Ultra hogesterktebeton (UHSB) is beton met een druksterkte vanaf 150 N/mm 2 tot 200 N/mm 2. Vanwege ontbrekende regelgeving voor ultra hogesterktebeton wordt dit type beton nog amper toegepast in Nederland. Beton vanaf de sterkteklasse C90/105 en met een druksterkte klasse 150 N/mm 2 wordt zeer hogesterktebeton genoemd. In onderstaande tabellen zijn de mechanische- en de duurzaamheidseigenschappen weergegeven van deze verschillende typen beton. Een verhoging van de druksterkte leidt tot een brosser gedrag van het beton. Vanwege de brosse eigenschappen van hogesterktebeton kunnen staalvezels worden toegevoegd om de taaiheid en ductiliteit van het beton te verhogen. Bij UHSB worden staalvezels standaard aan het beton toegevoegd. Samenstelling Een beton met een hoge sterkte wordt verkregen door de watercementfactor tot een minimum te beperken. De watercementfactor wordt dermate verlaagd dat al het water wordt opgebruikt voor de hydratatiereactie. Het beton blijft verwerkbaar doordat een plastificeerder of een superplastificeerder wordt toegevoegd. Tevens worden een aantal andere eigenschappen van het beton aangepast welke hieronder worden weergegeven [8]. De maximum toeslagkorrel moet klein zijn. In UHSB wordt een Dmax aangehouden van < 4 mm (toevoegen van silica fume). Toeslagmaterialen met verschillende diameters worden toegepast om alle ruimtes tussen de korrels te minimaliseren. Bij het toevoegen van staalvezels in grote hoeveelheden wordt een deel van het toeslagmateriaal vervangen door staalvezels. Hier moet rekening mee worden gehouden in het betonmengsel. De staalvezelhoeveelheid in UHSB kan oplopen tot 200 kg/m 3. De vezeldichtheid is in deze gevallen extreem hoog. Bij UHSB is de waterbindmiddelfactor niet groter dan 0,25. Voor- en nadelen toepassing van (U)HSB Het toepassen van hogesterktebeton i.c.m. met vezels biedt enkele voor- en nadelen t.a.v. de toepassing bij funderingsherstel. De voor- en nadelen worden in dit hoofdstuk besproken. Voordelen Er is een grotere slankheid van de constructie mogelijk dan bij normaal beton. Dit zorgt voor gewichtsafname wat leidt tot een kleinere hoeveelheid wapening die benodigd is voor belasting t.g.v. eigen gewicht. Snelle sterkteontwikkeling. Hierdoor kan beton sneller worden ontkist. Verminderde vervorming door kruip en uitdrogingskrimp. Hoge slijtvastheid. Dit heeft tot gevolg dat onderhoudskosten zullen afnemen. Betere duurzaamheid. De constructie is minder gevoelig voor aantasting doordat de permeabiliteit van het beton (veel) kleiner is dan bij normaal beton. UHSB is vrijwel ongevoelig voor aantasting door sulfaat (bv. mestkelders), ASR (reactie tussen alkali en silica), zuur en chloride aanvallen. Mechanische eigenschappen (indicatieve waarden) Eigenschap Gewoon beton HSB UHSB Druksterkte (N/mm2) Treksterkte (N/mm2) 2,3-4,3 4,5-5, Elasticiteitsmodulus (*10^3 N/mm2) Volumieke massa (kg/m3) Duurzaamheidseigenschappen Eigenschap Gewoon beton HSB UHSB Carbonatie Vorstdooi Sulfaten Chloriden Brand Tabel 1.4 en 1.5: Mechanische en duurzaamheidseigenschappen beton [1] 38

94 Nadelen Hoge kostprijs. De kostprijs van (U)HSB kan wel tot twee keer hoger zijn dan van normaal beton. Het kostenverschil wordt vooral bepaald door de (grote) toevoeging van staalvezels aan het beton en door de toevoeging van silica fume. De toevoeging van 125 kg/m 3 (l=12 mm en d=0,13 mm) staalvezels betekend een hoeveelheid van 60 miljoen vezels per kuub met een totale lengte van 791 km. Elke kubieke centimeter bevat dan 60 vezels [8]. Brosse eigenschappen. De scheuren die in (ultra)hogesterktebeton ontstaan zijn vrij vlak doordat de scheuren door het toeslagmateriaal heen lopen. De scheuren bij normaal beton zijn grilliger en lopen dus niet door het toeslagmateriaal heen. Geen juridisch geaccepteerde regelgeving voor UHSB. Nederlandse betoncentrales mogen vanwege ontbrekende regelgeving (nog) geen beton produceren met een hogere kwaliteit dan C90/105. Vanwege de lage wcf is bij hogesterktebeton een grotere sprake van autogene krimp dan bij normaal beton. Vanaf een wcf < 0,4 moet hier rekening mee worden gehouden. Staalvezels kunnen krimpscheuren die hierbij ontstaan opvangen. Hoge kwaliteitsbeheersing is noodzakelijk. Om deze reden is (ultra)hogesterktebeton vooral toepasbaar in de prefab industrie. Tot slot Voor ultra hogesterktebeton wordt wel 3 tot 4 keer zoveel cement gebruikt in vergelijking tot normaal beton [9]. Bij hogesterktebeton is dit minder. Toch zijn de verschillen met normaal beton aanzienlijk. Dit zorgt voor een hogere kostprijs. Vanwege de brosse eigenschappen worden aan (ultra)hogesterktebeton aanzienlijke hoeveelheden staalvezels toegevoegd. Zo wordt de ductiliteit en taaiheid van het beton groter. Het type staalvezels dat wordt toegevoegd is anders dan in normaal beton. Het vezeltype is recht en er zijn geen speciale verankeringen toegepast bij de vezels zoals haakjes. Dit is te verklaren doordat de verankering van de staalvezels in (ultra)hogesterktebeton wordt gerealiseerd door dichte omhulling van de vezels. Door de fijnheid van de cementpasta en de toeslagmaterialen worden de vezels goed ingesloten en verankerd in het beton. De toelaatbare treksterkte van de staalvezels in beton moet hoog zijn ( 2000 N/mm 2 ). De toepassing van (ultra)hogesterktebeton heeft vooral zin in constructies waarbij het eigen gewicht een grote rol speelt in de totale belasting. Dit is bijvoorbeeld bij bruggen, trappen, daken en balkons. Een hoger mogelijke slankheid zorgt voor een besparing in bijvoorbeeld wapenings- of voorspanstaal. Dit kan zorgen voor een kostenbesparing. Vanwege de lage watercementfactor in (ultra)hogesterktebeton moest een oplossing verzonnen worden om het beton verwerkbaar te houden (zie vorige bladzijde). Door het toevoegen van een (super)plastificeerder wordt het beton vloeibaar en hoeft het nog amper verdicht te worden. Een idee hierbij was om deze eigenschappen ook toe te passen bij lagere betonkwaliteiten. Vanuit deze gedachte is zelfverdichtend beton ontstaan. Afbeelding 1.27: Pont du Diable van Rudy Ricciotti uitgevoerd in voorgespannen prefab UHSB delen 39

95 1.3.2 Zelfverdichtend vezelbeton Algemeen Aan beton kunnen hulpstoffen worden toegevoegd. Een hulpstof mag een hulpstof genoemd worden als deze minder dan 5 procent van de totale hoeveelheid cement uitmaakt en als deze de eigenschappen van de betonspecie of het verharde product verbeterd of veranderd. Hulpstoffen worden toegepast om: De verwerkbaarheid van beton te verbeteren. Het beperken van het waterverlies bij bleeding. Het vormen van luchtbellen in beton om een lichtbeton te produceren (schuimbeton). Het versnellen van de bindingstijd in beton zodat de overgang tussen plastische en vaste fase wordt verkort. Het vertragen van de bindingstijd in beton zodat de overgang tussen plastische en vaste fase wordt verlengt. Het versnellen van het uithardingsproces van beton. Het verhogen van de weerstand tegen waterindringing. Deze paragraaf richt zich op het verbeteren van de verwerkbaarheid van beton. De verwerkbaarheid van beton kan worden vergroot door het verhogen van de vloeibaarheid van beton. Zoals eerder gesteld kan dat geschieden door het toevoegen van een (super)plastificeerder of door het verhogen van de watercementfactor. Zelfverdichtend beton heeft een hoge vloeibaarheid ( F6). Zelfverdichtend beton is beton dat: Zichzelf, door zijn eigen gewicht verdicht. Volledig wapening omhult zonder trillen. Volledig bekistingen vult zonder trillen. Tijdens dit proces behoud zelfverdichtend beton zijn homogeniteit. Van ontmenging mag dus geen sprake zijn. Zelfverdichtend beton wordt verkregen door het toevoegen van een superplastificeerder aan het beton en door het (gedeeltelijk) vervangen van toeslagmateriaal met zeer fijn materiaal (vliegas of kalksteenmeel). Staalvezelbeton wordt standaard door betoncentrales geleverd in consistentieklasse F5 (vloeibaar) en F6 (zeer vloeibaar) [2]. Meetmethoden Om de verwerkingsklasse van zelfverdichtend beton te bepalen zijn een aantal meetmethoden ontwikkeld. Deze meetmethoden hebben elk hun eigen symbool waarmee zelfverdichtend beton wordt ingedeeld in een verwerkingsklasse. Onderstaande begrippen t.b.v. meetmethoden worden gehanteerd welke in de NEN-EN worden omschreven (notatie: begrip (symbool), proefmethode). Vloeimaat (SF), kegel van Abrams zetmaat. Gemiddelde afstand van twee diagonalen van de uitgevloeide zetmaat. Viscositeit/ vloeitijd (VS, t 500 ), de tijdsduur voor het bereiken van een vloeimaat ø 500 mm na het lossen van de kegelmantel. Viscositeit/ trechtertijd (VF), V-trechter. De tijdsduur die beton nodig heeft om uit de V- trechter te lopen. Blokkeringsmaat (PL), L-Box test. De ontmenging en blokkering van beton door wapening wordt hiermee gemeten. Blokkeringsmaat (PJ), J-Ring test, Zie bovenstaand. Stabiliteit (SR), ontmenging. Weerstand van beton tegen ontmenging, bleeding. Afbeelding 1.28: J-Ring test, vloeimaat en L-Box test [3] 40

96 Consistentie Waarde Beoordeeld Toepassing Ongewapende en licht gewapende constructies, SF mm Vloeimaat gestort zonder belangrijke obstakels (bijvoorbeeld vloeren van woningen) SF mm Geschikt voor de meest gebruikelijke toepassingen (bijvoorbeeld wanden en kolommen) SF mm Vloeimaat VS1 T sec. Vloeitijd en trechtertijd Geschikt voor complexe vormen en moeilijk toegankelijke bekistingen met hoge concentratie aan wapening of andere ingestorte onderdelen. Dmax is meestal kleiner dan 16 mm Heeft zeer goede vuleigenschappen, ook bij hoge wapeningsdichtheid. Geeft een mooi oppervlak maar is gevoelig voor ontmenging en bleeding. Bij toenemende vloeitijd wordt de betonspecie meer thixotroop. Grote weerstand tegen ontmenging. Beperkt de bekistingsdruk VF1 VF 9 sec VS2 T 500 > 2 sec VF2 VF 9-25 sec PL1 0,80 bij 2 staven Passeert gemakkelijk openingen van 80 x 100 mm Blokkeringsmaat (woningbouw en verticale constructies) PL2 0,80 bij 3 staven Passeert openingen van 60 x 80 mm (civiele constructies) Algemeen toepasbaar in dunne vloeren, openingen SR1 20 % groter dan 80 x 80 mm en een vloeiafstand, Ontmenging/ minder dan 5 meter Stabiliteit Bij voorkeur in verticale constructies en SR2 15 % vloeiafstanden, meer dan 5 meter Tabel 1.6: consistentie(verwerkings)klassen zelfverdichtend beton [1] Verwerkingsklassen Bovenstaande tabel kan worden gebruikt om te bepalen welke consistentieklasse van zelfverdichtend beton moet worden gekozen. Voor- en nadelen toepassing van vezelbeton Het toepassen van zelfverdichtend beton i.c.m. met vezels biedt enkele voor- en nadelen t.a.v. de toepassing bij funderingsherstel. De voor- en nadelen worden in dit hoofdstuk besproken. persoon worden bediend. Tevens kan een trilploeg achterwege blijven. Doordat zelfverdichtend beton cohesiever is dan normaal beton ontstaan er minder snel lekkages in bekistingen. De contactvlakken tussen het toeslagmateriaal en cement zijn minder poreus wat zorgt voor een betere duurzaamheid. Het toeslagmateriaal wordt omkapseld door een glijlaag van cement. Voordelen De vezeloriëntatie in het beton kan door het zelfverdichtend karakter niet worden verstoort door trillingen. De homogeniteit van het beton is beter. Deze is niet meer (deels) afhankelijk van de vaardigheid en motivatie van personeel [4]. Moeilijk bereikbare plekken zoals verdiepte kassen kunnen makkelijk worden bereikt. Er is minder personeel betrokken bij de uitvoering van de betonconstructie. Dit is te verklaren door de makkelijkere verpompbaarheid van het beton. Bij kleine vezeltypen kan een kleine diameter slang worden gebruikt. De slang kan hierdoor vanwege de afname in gewicht door één Nadelen Zelfverdichtend beton is duurder dan normaal beton. De besparingen op arbeidsloon, energieverbruik, maltechniek en toename van duurzaamheid moeten opwegen tegen de hogere kosten. Kosten kunnen bespaard worden op maltechniek doordat lichtere mallen gebruikt kunnen worden ( snellere op- en afbouw) en de mallen een langere levensduur hebben (afname van cementsluier en kalkresten). Tevens kan als twijfelachtige besparing een besparing op de ziektekosten worden meegerekend omdat arbeiders niet met de trillingen vanuit de trilapparatuur worden belast. 41

97 Afbeelding 1.29: uitvoeringsproblemen die met zelfverdichtend beton kunnen worden voorkomen of verminderd [3] Bewerkelijke mengselsamenstelling. In zelfverdichtend beton kan snel ontmenging (segregatie) optreden als de viscositeit van het mengsel te laag is en de dikte van de cementlaagjes tussen de korrels te groot. Zware toeslagstoffen zullen dan naar de onderkant van de betonmatrix zakken. Tevens kan de viscositeit van het beton makkelijk te groot worden waardoor de cementlaagjes tussen de korrels te dun worden en het mengsel plakkerig wordt. Vezels kunnen zich gaan oriënteren in de stortrichting van beton. Er is een grotere kans op chemische krimp en de uitdrogingskrimp is groter dan bij normaal beton. Tevens is er vanwege het verminderde bleeding vermogen een grotere kans op plastische krimp. Polypropyleenvezels kunnen hierbij een uitkomst bieden. Bleeding is zweten van beton waardoor een waterlaag aan de bovenzijde van het beton ontstaat. Het betonmengsel voor zelfverdichtend beton is relatief gevoelig voor kleine verschillen in de samenstelling. In de prefab industrie wordt zelfverdichtend beton daarom voornamelijk toegepast. Dit vanwege de hoge kwaliteitsbeheersing in de prefab industrie. Zoals is gebleken uit overleg met een betoncentrale [2] wordt staalvezelbeton al standaard aangeleverd in de consistentieklasse F5 en F6. Consistentieklasse F6 benaderd een zelfverdichtend beton. Echter zijn binnen deze consistentieklasse variaties die in voorgaande tekst zijn besproken. Zelfverdichtend beton kan met relatief hoge vezelconcentraties worden geproduceerd [5]. Een zelfverdichtend mengsel is nog mogelijk bij 120 kg/m 3 [7]. Dit kan bij hogesterktebeton voordelen bieden. Net als bij normaal beton beïnvloed te toevoeging van staalvezels aan het beton de verwerkbaarheid (vloeibaarheid consistentieklasse). Deze gaat door het toevoegen van de staalvezels aan het betonmengsel omlaag. De wijze van storten is bij zelfverdichtend vezelbeton erg belangrijk. De vezels kunnen zich oriënteren in de stortrichting van het beton. Tevens kan te snel storten betekenen dat er lucht wordt ingesloten in beton. Bij de randen van bekistingen kunnen vezels zich gaan oriënteren in een richting die loodrecht op de wand staat. Het storten van zelfverdichtend vezelbeton is een bewerkelijke klus. Afbeelding 1.30: zelfverdichtend beton toegepast in de prefab industrie [6] 42

98 1.3.3 M-Kappa-diagram Algemeen In dit onderzoek worden waarschijnlijk berekeningen gemaakt met M-kappadiagrammen. De achterliggende theorie van deze diagrammen wordt daarom in dit hoofdstuk besproken. M-N-Kappa-diagrammen worden niet behandeld. Definitie Met richtwaarden voor de elasticiteitsmodulus wordt de doorbuiging van beton meestal benaderd. De elasticiteitsmodulus is bepalend voor de stijfheid van een constructie en is niet constant. De grootte van de elasticiteitsmodulus is afhankelijk van een groot aantal factoren. De stijfheid van beton wordt weergegeven met EI. De factoren waardoor de elasticiteitsmodulus en dus de stijfheid van beton door worden beïnvloed zijn [10]: De afmetingen. De belasting ( scheurvorming) Het soort beton (sterkte, grondstoffen en hulpstoffen). De omgeving (droog of vochtig). Krimpscheuren. Met een M-Kappa-diagram zijn de elasticiteitsmodulussen en de bijbehorende momenten goed te bepalen. Een M-K-diagram geeft het verband tussen het buigend moment en de daarbij behorende kromming. Met een M- Kappa-diagram kan het volgende worden bepaald: De doorbuiging. De momentverdeling die overeenkomt met de toegepaste wapening. Voor het samenstellen van een M-Kappa-diagram zijn vier punten nodig. Deze punten zijn bij traditioneel gewapend beton te bepalen met de volgende rekwaarden (ε). M r = Scheurmoment (afhankelijk van betontreksterkte) M ε b = Moment waarbij ε b = 1,75 (betonstuik bij piekspanning) M ε vl = Moment waarbij ε b = 2,175 (plastisch bezwijken staal) M u = Moment waarbij ε bu = 3,5 (stuikbreuk) Een moment is variabel over de lengte van een constructie. De stijfheid (EI) is afhankelijk van het moment en varieert dus ook over de lengte. De verhouding tussen het moment en de stijfheid wordt weergegeven met kappa (ϰ). Kappa is de rek (ε) op een afstand van de neutrale lijn, gedeeld door die afstand [10]. = M (1.29) EI Afleiding: κ = ε b / h - x κ = σ / E h - x κ = M h - x / L / E h - x κ = M / EI Het verband tussen kappa en de vervorming van een doorsnede is goed vast te stellen met een M- Kappa-diagram. Figuur 1.11: M-Kappa-diagram De (rek)waarden zijn voor staalvezelbeton gedeeltelijk anders. Hier wordt verder in dit onderzoek op ingegaan. BGT Bovengenoemde waarden gelden voor de uiterste grenstoestand (UGT, sterkteberekeningen). Voor situaties in de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT, doorbuigingsberekeningen) moet i.v.m. kruip de korte en lange duur situatie beschouwd worden. De doorbuiging van een element neemt naarmate de tijd vordert toe vanwege kruip. Kruip is toenemende vervorming bij gelijkblijvende spanningen. 43

99 1.4 Funderingsherstel Op veel plekken in Nederland bestaan de bovenlagen van de bodem uit veen en klei. Proefondervindelijk bleek dat wanneer er rechtstreeks op deze bodem werd gebouwd, er verzakkingen optraden. Veel oude panden in Nederland zijn daarom gebouwd op houten palen. Paalfunderingen of een vereenvoudigde versie daarvan zijn in Nederland vanaf de 13 e eeuw toegepast. Door droogstand en/of bacteriële aantasting en toenemende negatieve kleef zijn veel houten paalfunderingen niet meer goed in staat om belasting over te dragen op de ondergrond. Daarnaast verkeerd het metselwerk soms in slechte staat (verzadigd metselwerk). Dit zorgt voor zakkingen wat kan leiden tot scheurvorming en andere schadebeelden. Er wordt verwacht dat deze problemen zullen optreden bij bestaande woningen in Nederland in de komende twintig jaar. Deze woningen zijn soms monumentaal en beeldbepalend. Sloop is hier geen optie. De funderingen van deze woningen moeten worden hersteld. De oude fundering moet met een nieuwe fundering worden ontlast. Dit wordt funderingsherstel genoemd. Dit hoofdstuk omvat het literatuuronderzoek naar funderingsherstel. De verschillende funderingstechnieken en herstelmethoden worden in dit hoofdstuk behandeld. Tevens komen andere zaken m.b.t. funderingsherstel aan bod. Dit onderzoek beperkt zich tot funderingsherstel voor op palen gefundeerde panden. Funderingsherstel voor op staal gefundeerde panden wordt niet behandeld. De nieuwe fundering wordt vaak gerealiseerd met een tafelconstructie. Hierbij worden palen in de bodem geheid, geschroefd of geboord. Deze palen vormen de poten van de tafel. De begane grond- of souterrainvloer vormt het tafelblad. De vloer wordt uitgevoerd als een in het werk gestorte betonvloer. De betonvloer moet de belasting vanuit de bouwmuren afdragen naar de nieuwe palen. In de dragende bouwmuren worden hiervoor kassen gehakt. In de kassen en in de vloer wordt wapening aangebracht waarna de vloer wordt gestort Traditionele houten paalfunderingen Geschiedenis Zoals in voorgaande tekst is beschreven zijn houten paalfunderingen vanaf de 13 e eeuw toegepast. De ontwikkeling van paalfunderingen werd vooral gestimuleerd door de bouw van kerken in deze eeuw. De slappe Nederlandse bodem kon het gewicht van deze kolossen niet zonder voorzieningen dragen. De paalfunderingen in de 13 e eeuw bestonden uit roosters met daarin elzen slieten (paaltjes die 2 meter diep de grond in werden geheid). Over de paaltjes werden slieten gelegd. Het roosterwerk met de slieten vormde de fundering. Over deze fundering werden eiken planken gelegd waarop de bouwmuur werd gemetseld. De funderingen van huizen uit de 14 e tot 16 e eeuw begonnen te lijken op de Amsterdamse paalfundering. De palen (dennen) werden dieper geheid (5-7 meter) en het roosterwerk werd forser uitgevoerd m.b.v. eikenhouten balken. Deze funderingen werden op kleef geheid. Afbeelding 1.31: roosterfunderingen in eind 13 e eeuw en roosterfundering in 14 e tot 16 e eeuw [1] 44

100 Afbeelding 1.32: Amsterdamse paalfundering vanaf 17 e eeuw Het kwam in de 14 e tot 16 e eeuw vaak voor dat de dennen palen te ondiep werden geheid waardoor verzakkingen optraden. In de 15 e eeuw ging men eisen stellen aan het heien. Zo werd gesteld dat vanaf 1528 niemand meer mocht bouwen zonder toestemming van de overheid en werden de fundamenten van bouwwerken gekeurd. De roosterfunderingen werden in de 16 e eeuw nog steeds gemaakt. De palen werden nu echter geheid op de eerste zandlaag. Deze zandlaag ligt in Amsterdam op ongeveer 12 meter onder N.A.P. Ervaring met geotechnische metingen was er nog niet. De palen werden geheid tot ze niet meer verder konden. Er werd geheid tot de ondoordringbare laag, de eerste zandlaag. Deze manier van heien noemt men op stuit heien. De palen staken in deze tijd nog vaak boven het grondwater uit. Dit zorgde ervoor dat de palen werden blootgesteld aan de elementen waardoor ze gingen rotten. Het stadbestuur van Amsterdam besloot daarom dat fundamentsplanken minimaal een halve voet onder water moesten liggen (aanlegniveau). Een Amsterdamse voet is 28,3 cm. In de 17 e eeuw werd een nieuw type fundering ontwikkeld. De Amsterdamse paalfundering. De fundering bestaat uit een palenpaar waarop een kesp, schuifhout en vloerplaten werden gelegd. Het schuifhout moest ervoor zorgen dat de bouwmuur niet van de fundering afschuift bij scheefstand door bijvoorbeeld ongelijke zakkingen van de fundering. Bij de Amsterdamse paalfundering kunnen grote problemen ontstaan waardoor verzakkingen optreden. Deze problemen worden behandeld in het volgende hoofdstuk Funderingsproblemen en monitoring Algemeen Na de tweede wereldoorlog worden vrijwel alleen heipalen van beton gebruikt in Nederland. De duurzaamheid van de paalfundering kan met een betonnen fundering worden gegarandeerd. Er komen in Nederland weinig funderingsproblemen voor bij panden die gefundeerd zijn op betonnen palen. Bij funderingen met houten palen komen echter veel problemen voor. Deze problemen worden veroorzaakt door schimmelaantasting, bacteriële aantasting en toegenomen negatieve kleef. Het gevolg van funderingsproblemen zijn scheefstand, klemmende deuren en ramen en scheurvorming in gevels en binnenmuren. Aantasting van hout Problemen met het funderingshout worden veroorzaakt door schimmelaantasting of bacteriële aantasting. Schimmelaantasting wordt ook wel paalrot genoemd. Hierbij wordt het funderingshout aangetast door een te lage grondwaterstand. Het funderingshout wordt bij een te lage grondwaterstand blootgesteld aan zuurstof waardoor het funderingshout naar verloop van tijd gaat rotten. 45

101 Een te lage grondwaterstand kan ontstaan door: Een lekkend drainerend riool. Een te laag afgestelde drainage. Een verlaging van het grondwater door een waterschap. Bemaling van bouwputten. Afbeelding 1.33: schimmelaantasting Amsterdamse paalfundering Bacteriële aantasting van het hout is een ouderdomsverschijnsel van de fundering. Bacteriële aantasting wordt ook wel de palenpest genoemd. Deze vorm van aantasting kan zich ook onder de grondwaterstand manifesteren. Bacteriële aantasting komt vooral voor bij grenenhouten palen. De aantasting wordt veroorzaakt door de anaerobe pseudomonasbacterie. Deze bacterie zorgt ervoor dat hout na verloop van tijd makkelijk te verpulveren is. Het hout is dan al niet meer in staat om de belasting in voldoende mate af te dragen naar de ondergrond. Negatieve kleef Negatieve kleef wordt veroorzaakt door inklinkende grond die aan de paal gaat hangen. Hierdoor de paal extra wordt belast. Pas vanaf 1965 wordt in geotechnische constructieberekeningen rekening gehouden met negatieve kleef. Negatieve kleef kan veroorzaakt of versterkt worden door: Overige funderingsproblemen Houtaantasting en een toenemende negatieve kleef zijn de grootste oorzaken van funderingsproblemen. De funderingsproblemen die in deze paragraaf worden behandeld komen minder vaak voor. Echter kunnen de volgende funderingsproblemen ook zorgen voor verzakkingen: Aantasting metselwerk: Metselwerk kan verzadigd raken met vocht. Dit zorgt ervoor dat het metselwerk bros wordt wat de toelaatbare druksterkte sterk omlaag brengt. Als de toelaatbare druksterkte wordt overschreden kan dit leiden tot het bezwijken van het metselwerk. Tevens kan door aantasting van het metselwerk de boogwerking in het metselwerk worden verstoort waardoor langshout kan bezwijken. Ook kunnen de palen door het metselwerk ponsen. Overbelasting: Door verbouwingen kan het gewicht op de fundering toenemen. Dit bijvoorbeeld door het optoppen van een pand (toevoegen nieuwe verdieping). In de 19 e eeuw zijn veel panden verbouwd zonder de gevolgen voor de fundering te onderzoeken. Uitvoeringsfouten: Tijdens het heien van een houten paal kan deze breken. Een boom wordt smaller naarmate deze hoger wordt. De smalle doorsnede bevindt zich aan de onderzijde van de paal. Doordat de weerstand naarmate de paal dieper wordt geheid toeneemt, kan deze op de smalle doorsnede breken. Tevens kunnen door andere uitvoeringsfouten funderingsproblemen optreden. Funderingsonderzoek en monitoring Met metingen kan worden bepaald of funderingsherstel nodig is. Het object dat wordt gemonitord wordt geclassificeerd en ingedeeld in een categorie. In de tabel op de volgende bladzijde zijn de verschillende categorieën en classificaties weergegeven. Ophogingen van grondlichamen. Grondwaterstanddaling ( inklinkende grond). Bodemdaling t.g.v. bijvoorbeeld toenemende verkeersbelasting of bouwwerkzaamheden (trillingen). 46

102 Code Classificatie Omschrijving Handhavingstermijn 1 Ruim voldoende 2 Voldoende 3 Matig Binnen 25 jaar is nauwelijks (extra) scheurvorming of (extra) scheefstand te verwachten, verhoging belasting mogelijk (wel reken technisch onderbouwen). Binnen 25 jaar zijn geringe onderlinge zakkingsverschillen te verwachten, geringe verhoging belasting van 3% tot maximaal 5% mogelijk. Binnen 25 jaar zijn onderlinge zakkingsverschillen te verwachten (hou rekening met aanvullende zakkingen en scheurvorming), verhoging belasting niet mogelijk. > 25 jaar > 25 jaar jaar 4 Onvoldoende Onderlinge zakkingsverschillen zijn te verwachten die leiden tot schade aan casco, herstel noodzakelijk. 0-5 jaar Tabel 1.7: resultaten funderingsonderzoek [2] Er zijn verschillende methodes om de staat van een fundering te monitoren en te onderzoeken. Voor uitgebreide informatie wordt verwezen naar de F 3 O richtlijn; onderzoek en beoordeling van houten paalfunderingen onder gebouwen [2]. De volgende methoden worden toegepast (op volgorde van uitvoering): Archiefonderzoek: Hierbij wordt informatie verzameld die beschikbaar is bij de desbetreffende gemeentes of andere partijen. Met behulp van onderzoek naar de relevante informatie kunnen conclusies worden getrokken over bijvoorbeeld gemeenschappelijke bouwmuren (belendende panden) Visuele inspectie pand: Hierbij worden visuele aspecten geïnventariseerd die kunnen duiden op een slechte fundering. De inspectie bestaat uit een gevelinspecties en een inpandige inspectie. Als bij het archiefonderzoek blijkt dat er sprake is van een gemeenschappelijke bouwmuur moeten de belendende panden ook worden geïnspecteerd. Bij een gevelinspectie worden de zichtbare scheuren in de bouwmuur in kaart gebracht. Dit geschied met een nauwkeurigheid van ± 0,5 mm. De gevelscheuren worden benoemd conform onderstaande tabel. Scheuren Benaming Haarscheuren Zeer klein 0,5-1 mm Klein 1-3 mm Matig > 3 mm Groot Tabel 1.8: scheurvorming gevelinspectie [2] Scheefstandsmetingen: Hierbij worden verschillende metingen uitgevoerd om de scheefstand van een pand te bepalen. o Lintvoegwaterpassing: De vervorming van een pand wordt bepaald door op verschillende punten in de gevel de lintvoeg te meten. Hiermee kan de rotatie en scheefstand worden bepaald. De benoeming van de scheefstand geschied conform onderstaande tabel. Rotatie Schade typering Benaming < 1:300 Geen Nihil 1:300 tot 1:200 Architectonisch Klein 1:200 tot 1:100 Architectonisch Matig 1:100 tot 1:75 Constructief Groot > 1:75 Constructief Zeer groot Tabel 1.9: benoeming scheefstand [2] o o Vloerwaterpassing: Met een vloerwaterpassing kan de scheefstand van een gefundeerde bouwmuur bepaald worden. Bij voorkeur wordt gemeten op de eerste etage. Per vloerveld wordt op verschillende punten t.p.v. de dragende wanden het hoogteverschil gemeten. De meting wordt uitgevoerd met een waterpasinstrument. De scheefstand wordt middels tabel 1.9 benoemd. Loodmeting: Hiermee kan het voor- of achteroverhellen van de gevel bepaald worden. De meting wordt uitgevoerd met een waterpasinstrument of met een waterpastoestel. De scheefstand wordt middels tabel 1.5 benoemd. 47

103 Hoogtemetingen; hierbij worden de zakkingen van een pand in een bepaalde tijdsperiode vastgesteld. o Peilmaatmeting: Hierbij wordt het historisch bouwpeil vergeleken met het actuele hoogte van het bouwpeil. Er moet rekening gehouden worden met NAP maten die in de loop der tijd zijn veranderd kunnen zijn. De proef wordt uitgevoerd met een waterpasinstrument. o Nauwkeurigheidswaterpassing: M.b.v. vaste punten (meetbouten) wordt de zakkingssnelheid gedurende een periode bepaald. De proef wordt herhaald waardoor een beeld kan worden gevormd over de ontstane zakking. De zakkingssnelheid wordt benoemd m.b.v. onderstaande tabel. Zakking in mm/jaar Benaming tot 0,5 Nihil 0,5 tot 2 Klein 2 tot 3 Matig 3 tot 4 Groot > 4 Zeer groot Tabel 1.10: beoordeling van de zakkingssnelheid [2] Omgevingsfactoren: Hierbij worden factoren in de omgeving die de staat van de fundering kunnen beïnvloeden onderzocht. Trillingen en ontgravingen kunnen bijvoorbeeld leiden tot verzakkingen van de constructie. Grondwaterstandmetingen: Hierbij wordt met behulp van peilbuizen de grondwaterstand gemonitord. Er kan worden bepaald of het aanlegniveau van de fundering onder of boven het maaiveld zit. De peilbuis wordt in de nabijheid van de te maken inspectieput geplaatst. De grondwaterdekking t.a.v. het aanlegniveau van de fundering kan met onderstaande tabel worden bepaald. Grondwaterdekking in cm Benaming > 20 Voldoende 20 tot 5 Klein < 5 Onvoldoende Tabel 1.11: grondwaterdekkingen [2] Funderingsinspecties: Bij een funderingsinspectie wordt een put gegraven waarin de staat van de fundering kan worden bepaald. De inspectieput wordt geheel in kaart gebracht met verschillende metingen zoals paallocaties en aanlegniveau. Ook wordt tijdens de funderingsinspectie de houtkwaliteit gemeten m.b.v. De Specht. Hiermee kan de inslagdiepte worden bepaald. Bij twijfel kunnen houtmonsters worden genomen die in een laboratorium worden beproefd. De kwaliteit van het metselwerk en overige zaken worden ook beoordeeld tijdens de inspectie en het bodemmateriaal wordt geclassificeerd. Afbeelding 1.34: resultaat van een funderingsinspectie 48

104 1.4.3 Herstelmethoden Algemeen Als door het funderingsonderzoek blijkt dat de huidige fundering niet meer in staat is om de belasting voldoende af te dragen (code 4), wordt besloten dat de fundering moet worden hersteld. Dit kan met een aantal methoden die in dit hoofdstuk worden besproken. Als blijkt dat de fundering wordt aangetast door een te laag grondwaterpeil, kunnen preventieve maatregelen worden genomen. Voorwaarde hiervoor is dat de funderingsclassificatie 3 of lager is. De preventieve maatregel die dan kan worden genomen is grondwatermanipulatie. Grondwatermanipulatie Zoals hiervoor is beschreven is grondwatermanipulatie een preventieve maatregel. Deze maatregel kan worden genomen als het grondwaterpeil niet lager staat dan 0,2 m onder het aanlegniveau van de fundering. Bij grondwatermanipulatie wordt het grondwaterpeil kunstmatig verhoogt zodat verdere aantasting van het funderingshout wordt verminderd of voorkomen. Grondwatermanipulatie is zinvol als wordt voldaan aan een aantal voorwaarden; De palen zijn allen uitgevoerd in vurenhout. Bij grenenhout is dit niet mogelijk omdat grenenhout sneller aantast onder water i.v.m. een dikkere laag spinthout. Er is geen sprake van problemen i.v.m. negatieve kleef of onvoldoende draagvermogen. De funderingsclassificatie is code 1 of 2. De funderingshandhavingstermijn is dan minimaal 15 jaar. Bacteriële aantasting wordt met deze methode niet voorkomen. De methode is alleen effectief tegen schimmelaantasting. De grondwaterstand kan worden verhoogd door de hemelwater afvoer naar de fundering toe te leiden. Als het hemelwater niet voldoende is om het grondwater te verhogen kan grondwater ook kunstmatig worden verhoogt. Grondwatermanipulatie kan gebiedsgericht of lokaal worden uitgevoerd. Bij een gebiedsgerichte uitvoering heeft de gemeente vaak de leidende rol. Dit geniet ook de voorkeur omdat grondwaterverlaging soms wordt veroorzaakt door een drainerend riool. Tafelconstructie Een fundering kan worden hersteld m.b.v. de tafelmethode. Hierbij wordt het pand in zijn geheel opgevangen door een nieuwe fundering. Bij dit type funderingsherstel wordt de begane grond- of souterrainvloer verwijderd. Inkassingen worden gemaakt in de bouwmuur. Vanuit de kassen wordt de belasting vanuit de bouwmuren overgedragen op de nieuw aan te brengen palen. De kassen zijn tijdens de bouwfase een aanzienlijke verzwakking van het metselwerk. Het moet zoveel mogelijk worden voorkomen dat kassen boven de bestaande palen worden gemaakt. Als dit niet kan worden voorkomen moet een stempel worden gebruikt ( rioolstempel of spindel). Deze stempel kan als verloren beschouwd worden omdat deze wordt ingestort. Als een bouwmuur in zijn geheel moet worden opgevangen worden kassen meestal aangebracht om de halve meter. De kaslengte is dan ook een halve meter. De diepte van een kas is 2/3 van de dikte van de bouwmuur. Afbeelding 1.35: twee methoden van lokale grondwaterverbetering [3] en standaard detail kassen 49

105 Afbeelding 1.36: funderingsherstel m.b.v. tafelconstructie met plint De tafel van de tafelconstructie wordt uitgevoerd als een in het werk gestorte betonvloer. Deze vloer vormt de nieuwe begane grond- of souterrainvloer. Ook kan het voorkomen dat de tafelconstructie wordt aangebracht in de kruipruimte. In dit geval hoeft er geen vloer gesloopt te worden. In het ontwerp moet rekening gehouden worden met de stand van het grondwater. Als blijkt dat het aanlegniveau van de nieuwe fundering zich onder het grondwaterniveau bevindt is een waterkerende plint noodzakelijk om wateroverlast te voorkomen. Soms is het noodzakelijk om de vloer van de nieuwe constructie lager aan te brengen dan de kassen. Dit bijvoorbeeld omdat de opdrachtgever een nieuwe kelder wil. In dit geval krijgt de plint een constructieve functie (zie bovenstaande afbeelding). Er zijn verschillende paaltypes mogelijk bij dit type funderingsherstel: Stalen buispalen. Schroef- injectiepalen. Casing-draaipalen. De stalen buispalen kunnen op verschillende manieren worden aangebracht. Deze manieren en de overige genoemde funderingstechnieken worden in een volgend hoofdstuk behandeld. Bij de tafelmethode wordt er onderscheid gemaakt in twee uitvoeringsvarianten (met of zonder sloop begane grondvloer: 1. Sloop begane grondvloer of uitgraven kruipruimte werkvloer aanbrengen kassen hakken gewapende betonvloer aanbrengen perspalen aanbrengen. 2. Sloop begane grondvloer of uitgraven kruipruimte palen aanbrengen werkvloer aanbrengen kassen hakken gewapende betonvloer aanbrengen. Afbeelding 1.37: funderingsherstel m.b.v. tafelconstructie zonder plint 50

106 Afbeelding 1.38: funderingsherstel d.m.v. randbalken en consoles Randbalken en consoles Dit type van herstel wordt vaak toegepast als een deel van de fundering hersteld moet worden. Ook bij funderingsherstel d.m.v. randbalken en consoles worden kassen aangebracht. De gewapende betonbalk draagt de belasting vanuit de kassen over naar de palen. Omdat de palen naast de bouwmuur staan is de kracht excentrisch. Dit zorgt voor een buigend moment dat door de palen moet worden opgenomen. Deze methode kan een uitkomst bieden bij funderingsherstel onder een bestaande funderingsbalk (zie bovenstaande afbeelding). Op de stalen buispaal wordt een console gelast. Tussen de console en de bestaande funderingsbalk wordt een voorspanvijzel geplaatst. Deze vijzel wordt onder hoge druk gevuld met grout. De constructie wordt hiermee op spanning gebracht waardoor nazettingen worden beperkt. Bij deze methode wordt vrijwel alleen gewerkt met stalen buispalen. Voorgespannen balkconstructie Bij funderingsherstel d.m.v. een voorgespannen balkconstructie wordt rondom de draagmuren een voorgespannen betonbalk aangebracht. De bouwmuur wordt ook bij deze methode opgevangen d.m.v. kassen. De methode lijkt op de methode met randbalken en consoles. Groot verschil is echter dat de balken bij deze methode worden voorgespannen. Het voorspannen zorgt ervoor dat de palen gelijk op spanning worden gebracht. Dit beperkt nazettingen in de toekomst. Funderingsherstel met een voorgespannen balkconstructie is duurder dan funderingsherstel met een tafelconstructie. Funderingsherstel d.m.v. een voorgespannen balkconstructie zorgt er echter wel voor dat keukens en dergelijken niet opnieuw aangebracht hoeven te worden. Dit kan een kostenbesparing opleveren waardoor dit type van funderingsherstel goedkoper kan zijn. De voorgespannen balkconstructie wordt aangebracht in de kruipruimte op stalen buispalen (zie onderstaande afbeelding). Afbeelding 1.39: funderingsherstel d.m.v. een voorgespannen balkconstructie 51

107 Afbeelding 1.40: funderingsherstel d.m.v. palen in de bouwmuur Palen in de bouwmuur Bij dit type van funderingsherstel worden palen vanuit inkassingen in de bouwmuur weggedrukt naar de berekende diepte. In de inkassing wordt door het metselwerk een gat geboord. Dit gat, de boorschacht kan een diameter hebben tot 200 mm. De diameter van de stalen voet van de paal is daardoor beperkt tot 160 mm. De palen hebben vanwege de geringe paalafmeting een laag draagvermogen. Dit zorgt ervoor dat er bij zware bebouwing veel palen nodig zijn op een korte afstand van elkaar. Dit betekent veel inkassingen en een verzwakking van het metselwerk. De boogwerking in het metselwerk mag tijdens het drukken van de palen niet verstoord worden. De h.o.h. afstand van de palen is daardoor beperkt tot 2,0 m. Ook moet het pand moet tijdens het wegdrukken van de palen voldoende tegendruk kunnen geven. De paal wordt door de boorschacht gedrukt. Vervolgens wordt de paal en de ruimte tussen de paal en het metselwerk gevuld met grout. Daarna kan de inkassing worden dichtgemetseld of met beton worden opgevuld. Het paaltype dat voor dit type funderingsherstel gebruikt wordt is de vijzelpaal of drukpaal. Bij deze methode hoeven begane grondvloeren, leidingen en binnenwanden niet verwijderd te worden. Dit zorgt voor lage herinrichtingskosten. Paalkopverlaging Bij funderingsherstel d.m.v. paalkopverlaging wordt de het bovenste deel van de paal en de houten fundering afgezaagd en vervangen door een beton. Het kesp- en langshout wordt vervangen door een betonnen balk. De palen worden afgezaagd tot circa 0,5 m onder de laagst gemeten grondwaterstand. De laagste grondwaterstand moet zijn bepaald met metingen die zijn verricht gedurende een jaar of langer. Nadat de palen zijn afgezaagd moeten deze worden proefbelast m.b.v. vijzels. Zo kan worden bewezen dat de palen de toekomstige belasting naar de ondergrond kunnen afdragen. Paalkopverlaging is alleen mogelijk bij vurenhouten palen. Tevens mag alleen de paalkop zijn aangetast. De rest van de paal moet intact zijn. Tevens moet zijn aangetoond dat de houten paal nog voldoende draagkracht heeft. Dit wordt aangetoond met lintvoegwaterpassingen en proefbelastingen. Nadeel van deze methode is dat de houten palen verder aangetast kunnen worden bij een in de toekomst dalend grondwaterpeil. Afbeelding 1.41: funderingsherstel d.m.v. paalkopverlaging 52

108 Lokaal of partieel funderingsherstel Algemeen Deze paragraaf is van toepassing op funderingsherstel voor panden met gemeenschappelijke bouwmuren. Een fundering van een bouwblok kan per pand, hersteleenheid, of geheel bouwblok worden hersteld. De pand(en) waarbij funderingsherstel wordt uitgevoerd in en bouwblok vormen een funderingshersteleenheid. Een fundering van een pand in een bouwblok kan voor een deel worden hersteld. Dit wordt lokaal funderingsherstel genoemd. Lokaal funderingsherstel wordt uitgevoerd als er sprake is van bijvoorbeeld een gebroken kesp of plaatselijke overbelasting. De funderingsproblemen zijn dan op te lossen met een lokale verbetering. Bovengenoemde gebreken moeten bij lokaal funderingsherstel dan wel zijn aangetoond of aantoonbaar zijn. Partieel funderingsherstel wordt uitgevoerd als lokaal funderingsherstel niet mogelijk is. Bij partieel funderingsherstel wordt de fundering van een pand of hersteleenheid in zijn geheel vervangen. Bij partieel funderingsherstel wordt de fundering van een bouwblok niet in zijn geheel hersteld. Partieel funderingsherstel is alleen uit te voeren als wordt voldaan aan vier voorwaarden. Als niet aan deze voorwaarden wordt voldaan moet funderingsherstel voor het hele bouwblok worden uitgevoerd. De voorwaarden zijn [3]: 1. De fundering is niet aangetast door droogstandproblemen en/of bacteriële aantasting. Dit moet aantoonbaar gemaakt zijn met grondige analyse. 2. Bij de start van de werkzaamheden is t.p.v. de bellendingen geen hoekverdraaiing groter dan 1:75 opgetreden. 3. Verschil in zakkingsnelheden tussen de verschillende panden in het bouwblok zijn kleiner dan 1 mm/jaar. 4. Het pand is geen (of beoogd) gemeentelijk of rijksmonument. Afbeelding 1.42: partieel en lokaal funderingsherstel 53

109 Scharnierpand Partieel funderingsherstel heeft gevolgen voor de hiernaast gelegen panden. De fundering die hersteld wordt zal namelijk niet of weinig zakkingsverschijnselen vertonen. Doordat naastgelegen panden andere zakkingsverschijnselen vertonen ontstaat een scharnierpand. Een scharnierpand kan voor en na een uitgevoerd funderingsherstel ontstaan. Een scharnierpand is een pand waarbij aan weerzijden van het pand een zettingsverschil aanwezig is of zal optreden. Lokaal funderingsherstel. De constructie tussen het probleempand en het scharnierpand loskoppelen van elkaar (nieuwe dragende, apart gefundeerde, bouwmuur aanbrengen). Slopen van scharnierpand. Aantonen dat het scharnierpand geen constructieve of functionele schade zal ondervinden als gevolg van het funderingsherstel. In een bouwblok is het vaak zo dat de panden en/of appartementen verschillende eigenaren hebben. Dit maakt het moeilijk om een funderingsherstel voor meerdere panden gelijktijdig uit te voeren. Als een eigenaar besluit om funderingsherstel uit te voeren moeten de eigenaren van het buurpand hieraan bijdragen. De hoogte van de bijdrage wordt vastgesteld met een verdeelsleutel. Afbeelding 1.43: ontstaan van scharnierpand Als bij het pand met funderingsproblemen funderingsherstel wordt uitgevoerd moet voor het zettingsprobleem bij het scharnierpand een oplossing gezocht worden. De volgende oplossingen voor het scharnierpand zijn toepasbaar [3]: Verdeelsleutel Met een verdeelsleutel wordt bepaald welk percentage van de belasting uit een belendend pand wordt opgevangen t.o.v. de totale belasting t.p.v. de gemeenschappelijke bouwmuur. Het percentage bepaald de bijdrage in kosten voor de eigenaar(en) van het belendend pand. In de totale belasting wordt het gewicht van een nieuw aan te brengen betonvloer (tafelconstructie) meestal niet meegenomen. Dit is gunstig voor de eigenaar(en) van het belend pand. 54

110 1.4.4 Funderingstechnieken Algemeen Funderingsherstel vindt vaak plaats in stedelijk gebied. In stedelijk gebied is de werkruimte vaak beperkt. Een funderingsmachine moet soms door een voordeur of door een kelderingang. Dit stelt specifieke eisen aan de afmetingen van een funderingsmachine. Daarnaast zijn trillingen tijdens het aanbrengen van de palen vaak niet gewenst i.v.m. de trillingsgevoeligheid van belendende panden en panden in de omgeving. Opdrachtgevers stellen daarnaast soms aanvullende eisen. Voor funderingsherstel zijn daarom specifieke palensystemen ontwikkeld die allemaal voor- en nadelen hebben. De keuze voor een bepaald paaltype is afhankelijk van veel factoren. In dit hoofdstuk worden verschillende paaltypes beschreven die geschikt, of speciaal ontwikkeld zijn voor funderingsherstel. Stalen buispalen Algemeen Bij nieuwbouwprojecten in Nederland worden prefab betonnen heipalen en vibropalen vaak gebruikt. Echter vanwege de beperkte werkruimte en de trillingsgevoeligheid van omliggende panden zijn prefab betonnen heipalen en vibropalen geen optie voor funderingsherstel. Stalenbuispalen zijn goed toe te passen omdat deze gemakkelijk in losse elementen zijn aan te voeren en aan te brengen. De losse elementen worden aan elkaar gekoppeld op de bouwplaats d.m.v. lassen (trompverbinding) of schroeven. De palen kunnen op verschillende manieren worden aangebracht. Na of tijdens het aanbrengen worden de stalen buizen gevuld en/of omringd met beton. In de tabel op de volgende bladzijde zijn verschillende methodes van aanbrengen weergeven met de voor- en nadelen. Geheide stalen buispalen Geheide stalen buispalen bestaan uit segmenten waaraan een voetplaat is gelast. Nadat de stalen buispaal op diepte is geheid wordt een wapeningskorf aangebracht en wordt de buis gevuld met beton. Controle van de lengte bij dit type palen is goed mogelijk. Stalen buispalen kunnen op verschillende manieren de grond in worden geheid: Inwendig heien: Dit is de meest voorkomende werkwijze bij funderingsherstel. Stalen buissegmenten worden inwendig de grond ingeheid. Naarmate de schacht- en wrijvingsweerstand van de paalhoogte toeneemt kan de valhoogte van het gewicht ook toenemen. De paal krijgt namelijk een steeds grotere lengte. Deze methode kan worden gebruikt voor palen met een kleine en grote diameter ( mm). Daarnaast kan een verbrede voet worden toegevoegd voor extra puntweerstand en om negatieve kleef te verminderen. D.m.v. kalenderen kan de sondering worden gecontroleerd. Deze werkwijze wordt als trillingsarm gekenmerkt. Uitwendig heien: Bij deze werkwijze worden palen uitwendig geheid met een heiblok. Een grote buisdiameter is bij deze werkwijze niet mogelijk. Naarmate de schacht- en wrijvingsweerstand toeneemt worden de trillingen groter. De trillingsbron blijft op het maaiveld. Deze werkwijze is daarom niet trillingsarm. D.m.v. kalenderen kan de sondering worden gecontroleerd. Hoogfrequent heien: Bij deze werkwijze worden palen op diepte gebracht met een hoogfrequent (trillend) heiblok. Wat betreft trillingen en paaldiameter gelden bij dit paaltype dezelfde beperkingen als de uitwendig geheide stalen buispaal. De mantel van geheide stalen buispalen kan tijdens het heiwerk gesmeerd worden met grout. Dit verminderd de schachtweerstand en maakt daarmee het heien gemakkelijker. Controle van de dikte van de groutschil is niet mogelijk. In berekeningen wordt met het mogelijk positieve effect van deze groutschil dan ook geen rekening gehouden. De groutschil verhoogd de corrosie weerstand van de stalen buispaal. Dit paaltype wordt de gekoppelde injectiepaal genoemd. Geschroefde stalen buispalen Bij deze werkwijze worden stalen buispalen schroevend op diepte gebracht. Tijdens het schroeven kan grout of water worden geïnjecteerd. Grout vormt een groutkolom waarvan de diameter veranderd kan worden afhankelijk van het type kleef (grote diameter bij positieve kleef, kleine diameter bij negatieve kleef). Het injecteren van grout en/of water zorgt voor een gemakkelijker te schroeven paal. 55

111 Enkele typen geschroefde stalen buispalen worden afgeperst met grout nadat deze op diepte zijn geschroefd. Met het afpersen van palen met grout wordt een verhoogde puntweerstand verkregen. Aan de onderzijde van de paal is een ventiel gemonteerd dat op een vergelijkbare wijze werkt als een fietsventiel. Het druk in het groutlichaam kan zo gehandhaafd blijven. Bij andere paaltypen wordt wel of geen wapeningskorf geplaatst waarna de paal wordt afgevuld met beton of grout. De dikte van de groutkolom is bij dit type palen niet te meten. Leveranciers kunnen met bezwijkproeven bepalen of het door hen geleverde paaltype voldoet aan de opgegeven eigenschappen. Leveranciers ontwikkelen voor geschroefde stalen buispalen vrijwel allemaal een eigen paal. Daarom zijn de benamingen van de paaltypes allemaal anders. Enkele paaltypes zijn: Tubex palen (met groutinjectie) Waal-Compact paal (met groutinjectie) Casing Draaipaal (zonder of met groutinjectie) Schroef-injectiepaal (met groutinjectie) Vrijwel alle palen worden uitgerust met een schroefpunt. Dit maakt het mogelijk om door zeer vaste zandlagen te schroeven. Niet alle paaltypes zijn grondverdringend. Geschroefde stalen buispalen zijn trillingsvrij. Gedrukte of geperste stalen buispalen Bij deze werkwijze worden stalenbuispalen in de grond gedrukt of geperst. Het gewicht van een betonvloer en/of de bovenbouw wordt hierbij gebruikt om de paal op diepte te krijgen. De nieuwe betonvloer zorgt voor een extra belasting op de al aangetaste fundering. Obstakels in de grond kunnen voor problemen zorgen. Er zijn twee typen druk- en perspalen mogelijk: Buisdrukpaal: Hierbij wordt een stalenbuisbaal in de grond gedrukt, door een vooraf, vrij gehouden, conusvormige sparing in de constructievloer. In de constructievloer zijn ankers opgenomen waaraan de vijzelconstructie wordt gemonteerd. Als een vaste zandlaag gepasseerd moet worden kan het pulsen van palen noodzakelijk zijn. De buisvoet kan worden vergroot (uitheien) met blikken beton. Zo wordt een bolvoet gevormd die zorgt voor een vergrote puntweerstand. Perspaal of Vijzelpaal: Hierbij worden stalen buissegmenten in de grond gedrukt. Het gewicht van de bouwmuur en bovenliggende verdiepingen fungeert als tegendruk. Dit paalsysteem wordt toegepast bij funderingsherstel d.m.v. palen in de bouwmuur. De diameter van dit paaltype is beperkt. Gedrukte of geperste stalen buispalen zijn trillingsvrij. Gepulste stalen buispalen Bij deze werkwijze wordt een open paal in de grond gedrukt of geheid waarna de grond wordt verwijderd. Deze methode wordt vrijwel nooit meer toegepast omdat het arbeidsintensief is en omdat de grond die vrijkomt soms vervuild is wat zorgt voor hoge afvoerkosten. Bij deze methode is slecht te controleren of de paal zich bevind in de draagkrachtige laag. Gepulste stalen buispalen zijn trillingsvrij. Inbrengmethode Trillingen Toepassing van kleine diameter Toepassing van grote diameter Bereiken paalpunt Controle op uitvoering Inwendig heien Uitwendig heien Hoogfrequent heien Heien met groutinjectie Schroeven Schroeven met groutinjectie zonder hulpbuis Schroeven met groutinjectie met hulpbuis Drukken/persen Pulsen = gunstig, 0 = neutraal, 1 = ongunstig Tabel 1.12:voor- en nadelen inbrengmethoden stalen buispalen [3] 56

112 Foto s funderingstechnieken Afbeelding 1.45: inwendig geheide stalen buispalen [4] Afbeelding 1.46: schroef-injectiepaal (L) en Casing draaipaal (R) [4] Afbeelding 1.44: palen in de bouwmuur (L., Perspaal) en de buisdrukpaal (R) [4] 57

113 1.4.5 Uitvoering Algemeen Funderingsherstel vindt zoals eerder gezegd vaak plaats in stedelijk gebied. Tijdens de uitvoering moet hiermee rekening gehouden worden. Voor zaken als bouwplaatsinrichting en tijdelijke verlaging van de grondwaterstand moeten ontheffingen en vergunningen worden aangevraagd. Het uitvoeren van een funderingsherstel is een specifiek vak. Bedrijven en aannemers hebben zich hierin gespecialiseerd. Dit is noodzakelijk om bepaalde problemen te onderkennen die tijdens de uitvoering kunnen ontstaan. Ervaring is noodzakelijk omdat de aannemer (in overleg met de constructeur) vaak het stut- en stempelwerk bepaald dat tijdens de uitvoering noodzakelijk is. Het stut- en stempelwerk wordt meestal ook nog gecontroleerd door de dienst Bouw en Woningtoezicht van de desbetreffende gemeente. Bij de selectie van een bepaalde aannemer moet tevens gelet worden op de financiële draagkracht en professionaliteit van de onderneming [3]. In dit hoofdstuk komen de beschikbare uitvoeringstechnieken, de benodigde vergunningen en de bouwkosten aan bod. Uitvoering algemeen De wijze van uitvoering is afhankelijk van de gekozen herstelmethode en het paaltype. De uitvoeringstechnieken zijn dan ook omschreven in het hoofdstuk funderingstechnieken en Herstelmethoden. De algemene zaken m.b.t. de uitvoering van een funderingsherstel worden in deze paragraaf besproken. Voordat met de uitvoering van een funderingsherstel wordt gestart moet duidelijkheid zijn verkregen over het verwijderen en herplaatsen van objecten op gemeente- en particuliere grond (bijvoorbeeld straatmeubilair en bestrating) en het begaanbaar maken van de kruipruimte. 0-meting Voordat er met de uitvoering van het funderingsherstel wordt gestart moet een bouwkundige vooropname worden uitgevoerd. De zgn. 0-meting. Dit is van toepassing bij alle vormen van contracten (prestatiecontract en contract op basis van een voorontwerp). Met een 0-meting kunnen de effecten van de bouwwerkzaamheden op de zakkingssnelheid van het te herstellen pand en de panden in de omgeving worden aangetoond. Tijdens de uitvoering van een funderingsherstel kan schade aan omliggende panden en aan het te herstellen pand ontstaan door trillingen, ontgraving van de bouwput (grondvervorming) en door grondwaterbemalingen. Deze schade kan worden aangetoond met de 0-meting. Afbeelding 1.47: uitvoering van funderingsherstel d.m.v. verlagen van houten paalkoppen (gevaarlijke situatie) 58

114 Bouwplaatsinrichting De bouwplaatsinrichting is afhankelijk van de te kiezen funderingsherstelmethode. De funderingsherstelmethode bepaalt welke machines er voor het werk gebruikt moeten worden en welke materialen er tijdelijk moeten worden opgeslagen. Het is van belang dat er zoveel mogelijk Just-In-Time (JIT) wordt geleverd. Zo hoeft er weinig materiaal opgeslagen te worden. Een strakke bouwplanning is hierbij noodzakelijk. Vaak wordt de begane grondvloer, de souterrainvloer en/of de parkeerplaats buiten het pand gebruikt voor de bouwplaatsinrichting. Als een parkeerplaats of ander gemeentelijk terrein wordt gebruikt moet hiervoor een vergunning worden aangevraagd. Als een begane grondvloer of souterrainvloer wordt gebruikt moeten er afspraken gemaakt worden met de bewoners. Zij kunnen deze verdieping dan immers niet meer gebruiken. Ook moeten er dan vaak tijdelijke voorzieningen worden getroffen om de bovenliggende verdiepingen bereikbaar te houden. Als er vanwege de werkzaamheden een bouwkraan benodigd is moet ruim voor aanvang van de werkzaamheden een ontheffing worden aangevraagd om de straat te mogen afsluiten. Dit is vaak ook het geval als er beton gestort wordt. Vergunningen Met het verschijnen van de omgevingsvergunning werd het mogelijk om verschillende vergunningen in één keer aan te vragen. De omgevingsvergunning omvat ongeveer 25 vergunningen op het gebied van bouwen, ruimte, natuur en milieu. Voor het uitvoeren van een funderingsherstel is een omgevingsvergunning noodzakelijk. De stukken die voor deze vergunning aangeleverd moeten worden zijn: Tekeningen: Het tekenwerk omvat bouwkundige en constructieve tekeningen voor het uit te voeren werk. Berekeningen: Het rekenwerk omvat de constructieve berekeningen van het funderingsherstel zoals wapenings- en paalberekeningen. Sonderingen: Het aantal sonderingen wordt bepaald met de NEN Resultaten milieuonderzoek (optioneel): Als er sprake is van bijvoorbeeld vervuilde grond moeten resultaten van dit milieuonderzoek worden doorgegeven aan de gemeente. De gemeente kan dan resultaten doorgeven aan de omgevingsdienst die aanvullende eisen kan stellen aan de uitvoering van het funderingsherstel. De melding van matige of zwaar vervuilde grond geschied met een zgn. BUS-melding. De afhandeling van een BUS-melding valt niet onder de omgevingsvergunning en kan tot 5 weken in beslag nemen. Een gemeente heeft na indiening 8 weken de tijd (Wabo) om de stukken te beoordelen die zijn ingezonden voor een omgevingsvergunning. Als er sprake is van een monument waarbij funderingsherstel moet worden uitgevoerd moet een monumentvergunning worden aangevraagd. De monumentvergunning is een onderdeel van de omgevingsvergunning. De vergunningsprocedure voor (Rijks)monumenten kan tot 26 weken in beslag nemen. De vergunningsprocedure voor een omgevingsvergunning kan met maximaal 6 weken worden uitgesteld. Overige vergunningen die aangevraagd kunnen worden zijn: Vergunning voor verlaging van de grondwaterstand: Deze vergunning moet worden aangevraagd bij het waterschap of hoogheemraadschap. Als de bemaling niet te lang duurt is soms een melding bij het desbetreffende schap voldoende. Vergunning om water te lozen: Bij tijdelijke grondwateronttrekking wordt vaak 24 uur per dag bemalen. Het water dat hierbij vrijkomt moet worden afgevoerd in het riool of in openbaar water. Bij de, voor dit water, verantwoordelijke partij moet een lozingsvergunning worden aangevraagd. De verantwoordelijke partij kan een gemeente, waterschap, hoogheemraadschap of het rijk zijn. Dit is afhankelijk van waarin het water wordt geloosd. Vergunning m.b.t. bouwplaatsinrichting: zie voorgaande paragraaf. 59

115 Stichtingskosten 1. Bouwkosten a. Kosten funderingsaannemer. b. Kosten cascoaannemer (bijvoorbeeld t.b.v. herstellen scheuren. c. Kosten voor herbouw (bijvoorbeeld keuken e.d.) d. Kosten afvoer en storten (vervuilde) grond. e. Kosten gebruik water en licht. f. Kosten omleggen kabels of vernieuwen kabels en leidingen. g. Precario en parkeerkosten voor gebruik openbaar gebied. h. Eventuele herstelkosten bij schade aan openbaar gebied of aan overige objecten. i. Kosten tijdelijke opslag huisraad. j. Kosten tijdelijke huisvestingskosten. 2. Advieskosten a. Onderzoekskosten fundering. b. Kosten casco onderzoek. c. Kosten nulmeting. d. Plankosten: Deze kosten omvatten de kosten die benodigd zijn voor het opmeten en uittekenen van het pand t.b.v. de bouwaanvraag. e. Constructeurskosten. f. Kosten begeleidingsbureau. g. Kosten bouwdirectie. h. Kosten monitoring (bijvoorbeeld meting van trillingen, deformaties en grondwaterstanden). i. Kosten notaris. 2. Legeskosten a. Kosten t.b.v. aanvraag omgevingsaanvraag. 3. Rentekosten a. Kosten voor financiering van projectkosten (bijvoorbeeld hypotheekkosten provisie). 4. Onvoorziene kosten a. Post onvoorzien Tabel 1.13: kosten en mogelijke kosten t.b.v. funderingsherstel [3] Bouwkosten Bouwkosten zijn alle kosten die benodigd zijn om een bouwwerk te realiseren. Bouwkosten worden ook wel stichtingskosten genoemd. Hieronder vallen bijvoorbeeld advieskosten en bouwkosten. Bij funderingsherstel zijn veel verschillende partijen betrokken zoals de gemeente, de constructeur, de adviseur(s) en de aan- en onderaannemer. Hierdoor zijn er bij funderingsherstel altijd veel verschillende soorten stichtingskosten. De verschillende stichtingskosten kunnen worden onderverdeeld in verschillende kosten welke in bovenstaande tabel zijn weergegeven. 60

116 1.4.6 Constructieve uitwerking Algemeen De constructieve uitwerking van een funderingsherstel is afhankelijk van de te kiezen funderingsherstelmethode. Gewichtsberekening Met een gewichtsberekening wordt de belasting op de fundering bepaald. In de gewichtsberekening worden alle eigen gewichten en veranderlijke belastingen meegenomen van het pand. Bij een gemeenschappelijke bouwmuur worden belastingen van een buurpand ook meegenomen. Dit als bij het buurpand nog geen funderingsherstel is uitgevoerd. Op onderstaande afbeelding is dit weergegeven. veerconstante kan worden gebruikt om de paalreacties en de daarmee samenhangende momentenverdeling in de fundering te bepalen. De veerconstante van een paal bestaat uit een sommatie van de veerconstante van de grond en een veerconstante van de paal. De veerconstante van de totale paal kan worden weergegeven met onderstaande formule: F F F (1.30) k k k p g Waarin: F = De belasting op de palen. k p = De veerconstante van de palen. K g = De veerconstante van de grond. De veerconstante van de palen wordt bepaald door het paaltype (elasticiteitsmodulus), de lengte en de oppervlakte van de paal. De veerconstante van de palen kan op een volgende wijze worden geschreven: Afbeelding 1.48: belasting op nieuwe fundering Conform de NEN EC1-NB [5] mag bij belasting op meer dan twee vloeren de paal- of Geotechniek Met behulp van de resultaten uit sonderingen en peilbuismetingen kan de draagkracht van een paaltype worden berekend. Voor de voorwaarden die worden gesteld aan een geotechnisch sondeeronderzoek zoals benodigd aantal sonderingen wordt verwezen naar de NEN hoofdstuk 3.2. Voor het gekozen paaltype kan middels de geotechnische onderzoeksgegevens het paaldraagvermogen worden bepaald. De bepaling van het geotechnische paaldraagvermogen geschied conform de NEN-EN 1997 (Eurocode 7, geotechniek). Met een geotechnische berekening is tevens de veerconstante van een paal te berekenen. Deze F F EA k = = = p Δl Fl l EA Waarin: Δl = De elastische verkorting van de paal. L = De lengte van de paal. E = Elasticiteitsmodulus van de (samengestelde) paal. A = De oppervlakte van de paal. (1.31) De berekening van de veerconstante van de grond kan worden berekend met de zakking van de paal in de grond. Een eenvoudige en benaderende methode om de zakking van de paal in de grond (voor grondverdringende palen) te bepalen is om de diameter of breedte van de paal te delen door 100. De veerconstante van de grond wordt dan: F F k = = g Δl D paal 100 (1.32) Waarin: D paal = De diameter of breedte van de paal. Palen met een grote veerconstante nemen meer belasting op dan palen met een kleine veerconstante. 61

117 Afbeelding 1.49: strokenmethode Rekenmethodieken Algemeen In deze paragraaf worden twee verschillende rekenmethoden behandeld. Deze rekenmethoden zijn van toepassing op een funderingsherstel dat wordt uitgevoerd m.b.v. de tafelmethode. De rekenmethoden die niet worden behandeld zijn van toepassing op funderingsherstel dat wordt uitgevoerd middels de overige genoemde methoden. Strokenmethode Bij deze rekenmethode wordt de plaat die de tafel vormt van het funderingsherstel opgedeeld in stroken van één meter. Deze stroken worden als een balk van één meter breed uitgerekend. De reactiekrachten en momentenverdeling worden bepaald met een rekenprogramma of met de GTB tabellen. De palen kunnen worden beschouwd worden als veren of als vaste scharnierende steunpunten. De constructeur moet bepalen welke methode het best in de buurt komt van de werkelijkheid. Als nieuwe palen niet op spanning worden gebracht zijn nazettingen te verwachten die invloed hebben op de krachtswerking in de vloer. Hier moet rekening mee worden gehouden. Eindige elementenmethode Bij een constructie die wordt berekend met de eindige elementenmethode wordt een constructie opgedeeld in een (eindig) aantal elementen. Deze elementen worden aan elkaar gekoppeld m.b.v. knooppunten. Aan de knooppunten worden eigenschappen gegeven. Een knooppunt moet tegelijk met een element verplaatsen. Eén van de eisen moet dus zijn dat het element tegelijk moet verplaatsen. De elementen vormen een rooster (mesh). Als de afmeting een element kleiner wordt, wordt de fijnheid van het rooster groter. Bij een grotere fijnheid van het rooster zijn spanningen nauwkeuriger te bepalen. De fijnheid van de elementen moet klein genoeg zijn om berekeningen te maken die een goed beeld geven van de werkelijkheid. Bij constructies voldoet meestal een fijnheid van een halve meter. De eindige elementen methode maakt gebruikt van matrixvergelijkingen. De hele constructie moet in evenwicht zijn. Bij een lineaire (niet plastische) berekening is de matrixvergelijking: Ku = F (1.33) Waarin: K = Stijfheidsmatrix. u = Verplaatsingen van de knooppunten. F = De krachten/momenten Afbeelding 1.50: eindige elementen methode (steunpuntsmomenten (L) en veldmomenten (R)) 62

118 De eindige elementenmethode kan worden gebruikt voor 1D (staven), 2D (oppervlaktes) en 3D (volumes) elementen. Naarmate het aantal dimensies toeneemt wordt de matrix uitgebreider en neemt de rekentijd toe. Dit geld ook als de elementen worden verkleind. Het gebruik van verende steunpunten geniet de voorkeur omdat momentinklemmingen kunnen worden gereduceerd die leiden tot het afsnuiten van het moment. Enkele eindige elementenmethode programma s zijn: De berekening wordt naarmate de dimensies toenemen nauwkeuriger. De palen kunnen ook bij deze methode worden beschouwd als vaste of als verende steunpunten. Een voordeel is dat bij de eindige elementen methode de grootte van een steunpunt (oppervlakte van de paal) kan worden ingevoerd waardoor steunpuntsmomenten worden gereduceerd. TNO Diana RFEM Scia Engineer AxisVM Afbeelding 1.51: steunpuntsmomenten in plaat funderingsherstel bepaald met de EEM in AxisVM 63

119 1.5 Bibliografie Literatuuronderzoek staalvezels Bronverwijzingen [1] Dramix economic concrete reinforcement for safe floors on piles, ing. A. Hoekstra [2] ABT; hybride gewapend beton, ing. M.B.H. Menting, 2011 [3] Understanding Steel Fibre Reinforced Concrete: Dramix, Guidance to comprehending an extraordinary material, Gerhard Vitt, Bekaert, 2011 [4] Cement nr. 3, 2007: Ontwikkeling en toepasrichting Hybride vezelbeton (1), dr. ir. Markovic, Witteveen en Bos [5] CUR aanbeveling 36 (inclusief bijlage, CUR aanbeveling 35): Ontwerpen van elastisch ondersteunde betonvloeren en- verhardingen, 2011 [6] CUR aanbeveling 111: Staalvezelbeton bedrijfsvloeren op palen Dimensionering en uitvoering, 2007 [7] RILEM TC 162-TDF: International RILEM Workshop on Test and Design Methods for Steel Fibre Reinforced Concrete - Background and Experiences, B. Schnütgen and L. Vandewalle, 2003, ISBN: [8] NEN-EN C2 Inclusief Nationale Bijlage (nl), Eurocode 2: ontwerp en berekening van betonconstructies, 2011 [9] Cement 2001, 1: Scheurgedrag van gewapend-betonbalken versterkt met staalvezels, prof.dr.ir. L. Vandewalle en ir. D. Dupont, Departement Burgerlijke Bouwkunde, K.U. Leuven [10] DAfStb Stahlfaserbeton: [11] Model Code 2010, First complete draft, 2010, ISBN [12] NEN-EN 14651: Beproevingsmethode voor staalvezelbeton - Meten van de buigtreksterkte (proportionaliteitsgrens (LOP), reststerkte), 2005 [13] BRL 5060: Beoordelingsrichtlijn voor het KOMO attest met productcertificaat voor staalvezelbeton, 2013 [14] BS EN :2000: Testing hardened concrete, Part 5: Flexural strength of test specimens, 2000 [15] Cement nr. 6, 7, 8, 2010: SVB proefproject, ing. Michaël Menting en ing. Ab van den Bos, ABT bv [16] CUR aanbeveling 65: Ontwerp, aanleg en herstel van vloeistofdichte voorzieningen van beton,

120 Overige bronnen Cement artikelen Cement nr. 2, 1974: Beton met vezelwapening; technologie., eigenschappen en toepassingen Cement nr. 6, 2002: Staalvezelbeton buigproef, prof.dr.ir. L. Vandewalle en ir. D. Dupont, Departement Burgerlijke Bouwkunde, K.U. Leuven Cement nr. 8, 2002: Staalvezelbeton; stand van zaken, ing. A. Hoekstra, Bekaert Building Products Cement nr. 6, 2007: Vezelbeton: van verleden naar toekomst, prof.dr.ir. J.C. Walraven, TU Delft, fac. CiTG Cement nr. 3, 2011: Themanummer over staalvezelbeton Internet Normen, voorschriften en rapporten BRL 2353, Kelderwanden van staalvezelbeton, 2011 BRL 5060: Beoordelingsrichtlijn voor het KOMO attest met productcertificaat voor staalvezelbeton, 2013 CUR publicatie 245, Staalvezelbeton kennis en kennisleemten, 2012 CUR publicatie 246, Staalvezelbeton inventarisatie van regelgeving, 2012 Afstudeerscripties De invloed van scheurvorming door verhinderde vervormingen op het draagvermogen van vrijdragende vloeren in staalvezelbeton, J.W.C. Hendriks, TU Eindhoven Staalvezelbeton toegepast in woningbouwcasco, M.H. Hermans, TU Eindhoven Hybride beton, voordelig voor je kosten en je scheurvorming, Denise Schrader en Florentien Vink, Hogeschool van Arnhem en Nijmegen 65

121 1.5.2 Literatuuronderzoek kunststofvezels Bronverwijzingen [1] [2] Cement nr. 5, 1991: Kunststofvezels in beton, prof.dr. J.M.J.M. Bijen, Intron BV, Sittard en TU Delft, faculteit der Civiele Techniek [3] Cement nr. 11, 1995: Polypropyleenvezels als wapening tegen scheurvorming in vloeren, prof.dr. J.M.J.M. Bijen, Intron BV, Sittard en TU Delft, faculteit der Civiele Techniek [4] Dramix steel and synthetic fiber reinforce concrete Which fiber to be used for which application and why? Bekaert [5] CUR aanbeveling 42: Bepaling van de invloed van polypropyleenvezels in beton op de vorming van plastische krimpscheuren, 2011 [6] ACI Data Sheet: HOT-WEATHER Concreting, 2004 Overige bronnen Internet Rapporten Duurzaamheidaspecten van beton met polypropeenvezels -Tussentijdse rapportage, Ir. A.J.M. Siemes, TNO Bouw 66

122 1.5.3 Literatuuronderzoek beton Bronverwijzingen [1] Betonpocket 2012, ENCI, Mebin en Sagrex, 2011, ISBN [2] Verslag bedrijfsbezoek Mebin, Tom Godthelp, 2014 [3] Technische aandachtspunten bij het toepassen van zelfverdichtend beton, Petra Van Itterbeeck, WTCB [4] Cement nr. 3, 1999: Zelfverdichtend beton, hoe maak je dat? prof. dr.ir. J.C. Walraven, TU Delft K. Takada MSc., Kajima Corporation Tokio, G.I. Pelova PhD, TU Delft [5] Cement nr. 4, 2004: Tunnelsegmenten uit zelfverdichtend staalvezelbeton, Dipl.-Ing. S. Grünewald, prof.dr.ir. J.C. Walraven, TU Delft, faculteit CiTG, ing. B.K.J. Obladen, J.W. Zegwaard, T&E Consult / Strukton Groep, M. Langbroek, Cementbouw Betonmortel, ir. D. Negeer, Bekaert [6] The European Guidelines for Self-Compacting Concrete Specification, Production and Use, The Self-Compacting Concrete European Project Group, 2005 [7] Cement nr. 4, 2002: Beton als conventioneel bouwmateriaal, prof.dr.ir. J.C. Walraven, TU Delft, fac. CITG [8] Cement nr. 5, 2006: Ultra-hogesterktebeton: een materiaal in ontwikkeling, prof.dr.ir. J.C. Walraven, TU Delft, fac. CITG [9] Cement online, 2012: Rekenen aan UHSB, Laurens Bouvy MSc [10] Dictaat M-Kappa-diagrammen, Hogeschool van Arnhem en Nijmegen, R. Gallé en K. van der Zijden, 2008 Overige bronnen Cement artikelen Cement nr. 5, 1997: Staalvezels in hogesterktebeton, dwarskrachtcapaciteit van staalvezelversterkte betonbalken, prof.dr.ir. L. Vandewalle, Departement Burgerlijke Bouwkunde, K.U. Leuven Boeken Materiaalkunde, Bouwkunde en Civiele techniek, Verver en Fraaij, Derde druk, 2004, ISBN CB2, Constructieleer gewapend beton, dr.ir.drs. C.R. Braam en ir. P. Lagendijk, 2010 Internet Afstudeerscripties Zelfverdichtend staalvezelbeton, Pauline Van Doosselaere en Jef Van Gastel, Katholieke Universiteit Leuven 67

123 1.5.4 Literatuuronderzoek funderingsherstel Bronverwijzingen [11] Amsterdam gebouwd op palen, H. Janse, Ploegsma Amsterdam, 2006, ISBN [12] F 3 O richtlijn, Onderzoek en beoordeling van houten paalfunderingen onder gebouwen, versie 1, 2011 [13] Handboek Funderingsherstel op palen en op staal, SBRCURnet, 2012 [14] Waalpaal productbladen [15] NEN Inclusief Nationale Bijlage (nl), Eurocode 1: Algemene belastingen eigen gewichten, eigengewicht en opgelegde belastingen voor gebouwen, 2011 Overige bronnen Boeken Stabiliteit voor ontwerpers, D. Dicke, 2005, ISBN Internet

124 2. Bijlage II: Uitgangspunten varianten Deze bijlage omvat alle gegevens en uitgangspunten die benodigd zijn voor de berekeningen t.b.v. het funderingsherstel.

125 Inhoudsopgave bijlage II 2.1 ALGEMEEN Het project Belastingen, vervormingen en overige eisen Materiaalgegevens Maatvoering en belendingen Funderingsherstel BELASTINGAANNAMEN Leidsegracht Leidsegracht Leidsegracht Eigen gewichten BELASTINGSCHEMA S Schematisering en belastingcombinaties Belastingschema s 78 70

126 2.1 Algemeen Het project Projectbeschrijving Het project omvat het uitvoeren van een funderingsherstel voor het pand aan de Leidsegracht 66. Het funderingsherstel wordt in drie varianten uitgewerkt welke staan beschreven in de het hoofdrapport. Dit hoofdstuk omvat de uitgangspunten die benodigd zijn voor de berekening van de varianten. Gebruikte gegevens Bij de samenstelling van dit bijlagenrapport zijn de volgende gegevens gebruikt; Bouwkundig ontwerp Strackee d.d Belastingen, vervormingen en overige eisen Uitgangspunten belasting Gebouwfunctie : Appartementengebouw Ontwerplevensduur : 50 jaar Ontwerplevensduurklasse : 3 Gevolgklasse : CC2 Gebruikscategorieën : A (woon- en verblijfsruimtes) ψ waarden algemeen : ψ 0 : t.b.v. momentane waarde gewber., brand ψ 1 : t.b.v. elastische doorbuiging ψ 2 : t.b.v. kruip en scheurwijdte Gebruikscategorie ψ 0 ψ 1 ψ 2 Woon- en verblijfsruimtes (A) 0,4 0,5 0,3 Dak (H) Algemeen ψ 0 ψ 1 ψ 2 Sneeuwbelasting 0 0,2 0 Windbelasting 0 0,2 0 Belasting op de fundering Conform de NEN EC1-NB mag bij belasting op meer dan twee vloeren de paal- of kolomlast worden verminderd. De NEN zegt hier het volgende over; Bij belasting op meer dan twee vloeren moet de extreme waarde van de opgelegde belasting in rekening zijn gebracht voor de twee vloeren met het grootste belastingeffect. Voor de overige vloeren mag een reductiefactor ψ 0 volgens tabel A1.1 van NEN-EN 1990 in rekening zijn gebracht, met uitzondering van de vloeren met ontsluitingswegen van ruimten waar zich grote mensenmassa s kunnen bevinden (klasse C5). Indien de opgelegde belasting niet de overheersende belasting is, wordt de vloerbelasting van elke vloer met de bijbehorende ψ 0 vermenigvuldigd. [NEN EN ] Samengevat: Bij belasting op een fundering waar meer dan 2 vloerdelen (verdiepingen) op rusten moeten de grootste twee veranderlijke belastingen extreem worden berekend. De rest mag momentaan worden berekend. 71

127 Windbelasting Om de windbelasting op de gevel te kunnen bepalen moeten een aantal zaken worden vastgesteld. Dit geschied conform de NEN-EN De windbelasting is noodzakelijk om de belasting op de fundering te bepalen. Locatie pand: Amsterdam, windgebied II Gebouwhoogte: 15 meter Terreincategorie: bebouwd Stuwdruk: q p (z) = 0,80 kn/m 2 Belastingcombinaties in de UGT Combinatie* Blijvende belasting Veranderlijke belasting ongunstig gunstig overheersende andere Y * G kj;sup Y * G kj;inf Y * Q k,i Y * ψ 0 * Q k,i ,10 0,9 1,5 1,5 6.10a 1,35 0,9-1,5 6.10b 1,20 0,9 1,5 1,5 * In de tabel zijn de partiële factoren (y) weergegeven. Belastingcombinaties in de BGT Combinatie Blijvende belasting Veranderlijke belasting ongunstig gunstig overheersende andere Karakteristiek G k.j,sup G k.j,inf Q k,1 Ψ 0,i Q k,i Frequent G k.j,sup G k.j,inf ψ 1,1 Q k,1 Ψ 2,i Q k,i Quasi blijvend G k.j,sup G k.j,inf Ψ 2,1 Q k,1 Ψ 2,i Q k,i Normen De bepaling van de belastingcombinaties geschiedt conform de NEN-EN 1990 inclusief de nationale bijlage. De bepaling van de vloerbelasting geschiedt conform de NEN-EN t/m NEN-EN De berekening van betonconstructies geschied conform de NEN-EN 1992 inclusief de nationale bijlage. De berekening van de veerstijfheid van de palen en het paaldraagvermogen geschied conform de NEN Vervormingen Voor dit project zijn geen afwijkende vervormingseisen aangenomen. De horizontale vervorming van het totale gebouw mag niet meer dan 1/500 van de hoogte bedragen. De scheefstand per verdieping mag niet meer dan 1/300 van de verdiepingshoogte bedragen. 72

128 2.1.3 Materiaalgegevens Algemeen Beton i.h.w. gestort : C30/37 Wapeningsstaal : B500 B Milieuklassen XC1 : bovenzijde souterrainvloer c min = 25 mm XC2 : onderzijde souterrainvloer c min = 30 mm XA3* : palen c min = 30 mm *Tenzij anders aangetoond door leverancier Maatvoering en belendingen Maatvoering Bovenkant constructieve vloer: 0,04 m + NAP Grondwaterstand: 0,4 m - NAP Belendingen Op onderstaande afbeelding is weergegeven welke bouwmuren gemeenschappelijk zijn en welke niet. Dit is van belang voor de gewichtsberekening. De belasting vanuit de buurpanden moet namelijk voor een deel worden opgevangen met de nieuwe fundering t.p.v. Leidsegracht 66. Afbeelding 2.1: gemeenschappelijke bouwmuren t.p.v. Leidsegracht 66 73

129 Op onderstaande afbeelding is een kaart weergegeven met de huisnummers van de verschillende panden. Afbeelding 2.2: kadastrale kaart Leidsegracht Funderingsherstel Algemeen Het funderingsherstel wordt uitgevoerd m.b.v. de tafelmethode. De dikte van de funderingsplaat wordt voorlopig aangehouden op 350 mm. Deze staat niet vast. Het is mogelijk dat m.b.v. berekeningen geconcludeerd wordt dat de plaat dunner of dikker moet worden. Sonderingen Conform Eurocode 7 moeten minimaal twee sonderingen worden uitgevoerd. Voor overige eisen m.b.t. het aantal uit te voeren sonderingen wordt verwezen naar hoofdstuk van Eurocode 7. Eén sondering die is uitgevoerd, is weergegeven in de bijlage met de paalberekening. Deze sondering wordt gebruikt in de berekeningen. Bij dit project wordt gekeken welke wijze van funderen (eerste of tweede zandlaag) het meest geschikt is voor dit project. Paalsysteem en funderingsadvies Er wordt gekozen voor inwendig geheide stalen buispalen. Dit paalsysteem is trillingsarm. De paaldiameter en het inheiniveau worden bepaald in de bijlage funderingen. 74

130 2.2 Belastingaannamen Leidsegracht 66 Schuin dak 66 dakhelling: 60 [kn/m 2 dakvlak] G k [kn/m 2 ] Pannendak met dakplaat en gordingen 0,70 1,40 Q k [kn/m 2 ] Sneeuw, onbelemmerd afglijden 0,05 0,10 Totaal schuin dak 66: 1,40 0,10 Plat dak 66 Plat dak met balken beschot en plafond 0,55 Dakbedekking en isolatie 0,15 Dakhelling (α 20 ) 1,00 Totaal plat dak 66: 0,70 1,00 Verdiepingsvloer 66 Houten vloer met balken en plafond 0,55 Scheidingswanden ( 1,0 kn/m) 0,50 Kamer in een woongebouw 1,75 Totaal verdiepingsvloer 66: 0,55 2,25 Begane grondvloer 66 Gewapend beton 0, = 8,75 Cementdekvloer 0, = 1,20 Scheidingswanden ( 1,0 kn/m) 0,50 Kamer in een woongebouw 1,75 Totaal begane grondvloer 66: 9,95 2,25 75

131 2.2.2 Leidsegracht 68 Schuin dak 68 dakhelling: 55 [kn/m 2 dakvlak] G k [kn/m 2 ] Leipannendak met dakplaat en gordingen 0,95 1,70 Q k [kn/m 2 ] Sneeuw, onbelemmerd afglijden 0,05 0,10 Totaal schuin dak 68: 1,70 0,10 Vliering 68 Houten vloer met balken en plafond 0,55 Ruimte voor opslag, overig 0,70 Totaal verdiepingsvloer 68: 0,55 0,70 Verdiepingsvloer 68 Houten vloer met balken en plafond 0,55 Scheidingswanden ( 1,0 kn/m) 0,50 Kamer in een woongebouw 1,75 Totaal verdiepingsvloer 68: 0,55 2,25 Begane grondvloer 68 Houten vloer met balken en plafond 0,55 Ruimte met tafels 4,00 Totaal begane grondvloer 68: 0,55 4,00 Souterrainvloer 68 Stenen vloer 1,00 Ruimte voor industrieel gebruik (horeca) 5,00 Totaal souterrainvloer 68: 1,00 5,00 76

132 2.2.3 Leidsegracht 64 Schuin dak 64 dakhelling: 60 [kn/m 2 dakvlak] G k [kn/m 2 ] Leipannendak met dakplaat en gordingen 0,95 1,90 Q k [kn/m 2 ] Sneeuw, onbelemmerd afglijden 0,05 0,10 Verdiepingsvloer 64 Totaal schuin dak 64: 1,90 0,10 Houten vloer met balken en plafond 0,55 Scheidingswanden ( 1,0 kn/m) 0,50 Kamer in een woongebouw 1,75 Begane grondvloer 64 Totaal verdiepingsvloer 64: 0,55 2,25 Stenen vloer 1,00 Scheidingswanden ( 1,0 kn/m) 0,50 Kamer in een woongebouw 1,75 Totaal begane grondvloer 64: 1,00 2, Eigen gewichten Eigen gewichten van gevels en bouwmuren % kozijnen 0,50 [kn/m 2 ] Baksteen 20,00 [kn/m 3 ] Houten binnenblad* 0,50 [kn/m 2 ] Houten buitenblad* 0,50 [kn/m 2 ] Afwerking 19,00 [kn/m 3 ] Eigen gewicht [kn/m 2 ] Bouwmuur d = ,60 Bouwmuur d = ,10 Voorgevel 66 40% ,30 Achtergevel 66 30% ,70 Hsb gevel zolder 66 50% ,85 Voorgevel 68 30% ,70 Achtergevel 68 50% ,80 Voorgevel 64 30% ,70 Achtergevel 64 30% ,70 * 1 = Ja Eigen gewichten van materialen Gewapend beton Metselwerk Eigen gewicht 25,0 kn/m 3 25,0 kn/m 3 b [mm] h [mm] b [mm] h [mm] [kn/m 1 ] Schoorsteen ,00 77

133 2.3 Belastingschema s Schematisering en belastingcombinaties Schematisering Onderstaande naamgeving voor de bouwmuren wordt aangehouden bij de benaming van de belastingschema s. Afbeelding 2.3: benaming bouwmuren t.b.v. belastingschema's Vanuit de metselwerkpenanten t.p.v. de voor- en achtergevel wordt de puntbelasting gespreid door het onderliggende massieve metselwerk. De belastingen zijn daarom, voor zover mogelijk, geschematiseerd als q-last. De belastingen op en van de nieuwe betonvloer t.p.v. de kruipruimte worden in de momentenberekening (AxisVM) meegenomen Belastingschema s Windbelasting De windbelasting op de gevel zorgt voor een q-last op de fundering t.p.v. randen van de kopgevels. De extra puntbelasting t.g.v. wind op de fundering wordt: Afmetingen Breedte pand: Lengte pand: Hoogte pand: 4,86 meter 10,4 meter 12 meter Belastingen Stuwdruk: q p (z) = 0,80 kn/m 2 F w;kar. = ± (0, ,4) / 4,86 = ± 123,3 kn q w;kar = 123,3 / 2,0 = 61,7 kn/m *De windbelasting wordt (als q-last) verspreid door de bouwmuur over een lengte van twee meter. Deze benadering komt dichter in de buurt van de werkelijkheid dan beschouwing van de wind als een puntlast op de fundering. 78

134 Linker bouwmuur q1: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Schuin dak 66 1,40 0,10 0,0 0,85 1,00 1, ,8 0,0 Plat dak 66 0,70 1,00 0,0 0,35 1,00 3, ,8 0,0 Verdiepingsvloer 66 0,55 2,25 0,4 0,50 1,00 4, ,1 14,5 Schuin dak 68 1,70 0,10 0,0 0,50 1,00 5, ,5 0,0 Vliering 68 0,55 0,70 0,7 0,50 1,00 3, ,8 0,7 Verdiepingsvloer 68 0,55 2,25 0,4 0,50 1,00 5, ,4 10,7 Begane grondvloer 68 0,55 4,00 0,4 0,50 1,00 5, ,5 10,6 Bouwmuur d = 220 5,10 1,00 1,00 12, ,2 0,0 q1: 80,0 36,6 F1: G k Q k ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal G rep Q rep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Voorgevel 66 3,30 0,25 4,86 12, ,1 0,0 Voorgevel 68 2,80 1,00 1,00 10, ,7 0,0 F1: 76,8 0,0 F2: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Hsb gevel zolder 66 2,80 0,25 4,86 2, ,2 0,0 Achtergevel 66 3,70 0,25 4,86 11, ,5 0,0 Achtergevel 68 3,70 1,00 1,00 10, ,9 0,0 F2: 96,6 0,0 79

135 Rechter bouwmuur q1: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. G k Q k;extreem Q k;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Schuin dak 66 1,40 0,10 0,0 0,15 1,00 1, ,3 0,0 Plat dak 66 0,70 1,00 0,0 0,65 1,00 3, ,5 0,0 Verdiepingsvloer 66 0,55 2,25 0,4 0,50 1,00 4, ,1 14,5 Schuin dak 64 1,90 0,10 0,0 0,50 1,00 4, ,3 0,0 Verdiepingsvloer 64 0,50 2,25 0,4 0,50 1,00 4, ,5 14,2 Begane grondvloer 64 1,00 2,25 0,4 0,50 1,00 4, ,3 2,0 Bouwmuur d = 220 5,10 1,00 1,00 12, ,2 0,0 q1: 79,1 30,7 F1: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. G k Q k;extreem Q k;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Voorgevel 66 3,30 0,25 4,86 12, ,1 0,0 Voorgevel 64 3,70 1,00 1,00 15, ,5 0,0 F1: 103,6 0,0 F2: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. G k Q k;extreem Q k;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Schoorsteen 4,00 0,60 1,00 12, ,8 0,0 Schoorsteen 4,00 1,00 1,00 3, ,0 0,0 F2: 40,8 0,0 F3: G k Q k ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal G rep Q rep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Hsb gevel zolder 66 2,80 0,25 4,86 2, ,2 0,0 Achtergevel 66 3,70 0,25 4,86 11, ,5 0,0 Achtergevel 64 3,70 1,00 1,00 13, ,1 0,0 F3: 106,74 0,00 Voorgevel q1: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Voorgevel 66 3,30 1,00 1,00 12, ,6 0,0 Schuin dak 66 1,40 0,10 0,0 0,50 1,00 1, ,1 0,0 q1: 40,65 0,00 Achtergevel q1: Gk Qk ψ 0 factor breedte lengte aantal aantal aantal Grep Qrep kar. kar. Gk Qk;extreem Qk;momentaan [kn/m 2 ] [kn/m 2 ] [-] [-] [m] [m] [-] [-] [-] [kn/m x ] [kn/m x ] Hsb gevel zolder 66 0,85 1,00 1,00 2, ,3 0,0 Achtergevel 66 3,70 1,00 1,00 11, ,7 0,0 q1: 43,0 0,0 80

136 3. Bijlage III: Geotechnische berekeningen Deze bijlage omvat de geotechnische berekeningen voor de nieuwe funderingspalen voor het pand aan de Leidsegracht 66. Het paaldraagvermogen en de veerstijfheid worden in dit hoofdstuk voor de verschillende paaldiameters en inheiniveaus bepaald. De verkregen gegevens van het gekozen funderingstype worden in de variantenstudie gebruikt.

137 Inhoudsopgave bijlage III 3.1 PAALBEREKENING Algemene gegevens Funderingstype Funderingstype Funderingstype VEERSTIJFHEDEN Funderingstype Funderingstype Funderingstype

138 3.1 Paalberekening Algemene gegevens Sondering en locatie Voor de uitvoering van dit project zijn drie sonderingen gemaakt. Van deze drie sonderingen wordt van één sondering het paaldraagvermogen bepaald. De sondering die wordt gebruikt voor de berekeningen is sondering DKM2. Deze sondering is het meest representatief voor de bodemopbouw onder het pand aan de Leidsegracht 66. De overige sonderingen worden niet gebruikt. Dit i.v.m. de beschikbare tijd. Op onderstaande afbeelding zijn de locaties van de uitgevoerde sonderingen weergegeven. Afbeelding 3.1: situatietekening sondeerlocaties [Geotechnisch onderzoek Geo-support, Leidsegracht 62-66] Paalgegevens Er worden een paalberekeningen gemaakt waarbij een paal wordt gefundeerd op de eerste zandlaag (2x) en er wordt een berekening gemaakt waarbij de paal wordt gefundeerd op de tweede zandlaag. In onderstaande tabel is te zien welke paal- en voetdiameters en parameters er worden toegepast. De wanddikte van de stalen buizen bedraagt 5 mm (meest ongunstige dikte voor elastische verkorting, 6,3 mm wordt ook vaak toegepast, 5 mm is de minimale dikte). Onderdeel Ø buis in mm Ø voetplaat in mm Paalpuntniveau t.o.v. NAP. (m) α p α s β s ξ Funderingstype ,0-1,0 0,010 0,9 1,0 1,39 Funderingstype ,0-1,0 0,010 0,9 1,0 1,39 Funderingstype ,0-1,0 0,010 0,9 1,0 1,39 Tabel 3.1: funderingstypen 83

139 Waarin: α p = Paalklassefactor voor de berekening van de draagkracht van de paalpunt α s = Paalklassefactor voor de berekening van de draagkracht van de paalschacht. β = Paalvoetvormfactor, voor reductie van de paaldraagkracht s = Paalvoetfactor, zie EC7: ξ = Correlatiefactor, niet-stijf bouwwerk, 1 sondering (ξ 3 = ξ 4 ) Terrein- en bodemgesteldheid Het maaiveldniveau t.p.v. de sondeerlocatie was ten tijde van het onderzoek 0,32 m +NAP. Het grondwaterpeil is 0,4 m NAP. Dit is ongeveer gelijk aan het aantroffen grachtenpeil. In onderstaande tabel is grondsamenstelling t.p.v. sondering DKM2 weergegeven. Deze gegevens zijn vastgesteld op basis van het wrijvingsgetal, conusweerstanden en een peilbuismeting. Diepte bovenkant laag [m NAP] +0,32 Bodembeschrijving Maaiveldhoogte Zand, matig fijn, zwak tot matig silthoudend -0,40 Grondwaterstand ±0,00 Gelaagd pakket, bestaat uit veen en slappe, humeuze kleilagen, lokaal zandhoudend of een zandlaag(je) -8,00 Zand, los gepakt, sterk silthoudend (wadzand) -9,50 Klei, lokaal silt /zandhoudend -12,00 (Basis )veen -12,30 à -12,70 Zand, matig tot vast gepakt -14,50 Klei, zandhoudend -15,00 Zand, los gepakt, lokaal silt en kleihoudend -15,50 à -16,00 Klei, zandhoudend -16,00 à -16,50 Zand, los gepakt, lokaal silt en kleihoudend -17,80 Zand, vast tot zeer vast gepakt -23,30 Maximaal verkende diepte Tabel 3.2: bodembeschrijving [Geotechnisch onderzoek Geo-support, Leidsegracht 62-66] Paalbelasting en paaldraagvermogen Als globale schatting wordt voor de paalbelasting F c;k = 200 kn (1 e zandlaag) en F c;k = 300 kn (2 e zandlaag) aangehouden (BGT). Met deze paalbelasting wordt de zakking bepaald en de bijbehorende veerconstante. In de praktijk zal een paal die meer belasting kan opnemen ook zwaarder worden belast. Het paaldraagvermogen wordt bepaald met de maximumpunt- en schachtweerstand. De maximumpuntweerstand wordt bepaald over drie gebieden. De definitie van deze gebieden is hieronder aangegeven. D eq = de equivalente paalpuntmiddenlijn. q c;i;gem = q c;ii;gem = q c;iii;gem = q c;a;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject I. Het traject loopt van ten minste 0,7 D eq en ten hoogste 4 D eq onder het paalpuntniveau (ppn.). Het eind van het traject wordt zo gekozen dat het draagvermogen minimaal is. De gemiddelde conusweerstand in traject II. Het traject loopt van traject I naar ppn. De conusweerstand die in rekening wordt gebracht mag niet hoger zijn dan de eronder liggende. De gemiddelde conusweerstand in traject III. Het traject loopt van ppn. tot een niveau van 8 D eq boven het ppn. De conusweerstand mag niet hoger zijn dan de eronder liggende (traject II). De gemiddelde conusweerstand in de positieve kleefzone. Waarden in de sondering die hoger zijn dan 12 MPa moeten worden afgesnoten. Als laag q c een dikte heeft die groter is dan 1 meter mag worden afgesnoten bij de laagst gemeten q c. Hierbij is een maximum van 15 MPa. In grof zand of grind moet een extra reductie worden toegepast. 84

140 3.1.2 Funderingstype 1 Paaldraagvermogen In dit hoofdstuk wordt het paaldraagvermogen bepaald van funderingstype I. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: DKM2 Paaltype: Inwendig geheide stalen buispaal Paalpuntniveau: 13,0 m -NAP Schacht en voetdiameter: Ø219/230 Draagkracht van de paalpunt De maximale puntweerstand bedraagt: q b;max = = α p β s 1 / 2 (q c;iii + 0,5 (q c;i + q c;ii )) 7,2 MPa 15 MPa Waarin: In dit geval: α p = Paalklassefactor paalpunt 1,0 β = Paalvormfactor 0,9 s = Paalvoetfactor 1,0 q c;i;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject I*. 0,7. D eq = 0, = 161 mm 14 MPa 4,0. D eq = 4, = 920 mm q c;ii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject II*. 12 MPa q c;iii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject III*. 8,0. D eq = 8, = 1840 mm *Zie sondering op de volgende pagina(s) 3 MPa De maximale draagkracht van de paalpunt bedraagt: q b;max = = A punt. q b;max kn Waarin: A punt = π. r 2 = π. (0,230. 0,5) 2 = 0,0415 m 2 Draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) De draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = α s. q c;a;gem 0,08 MPa Waarin: In dit geval: α s = Paalklassefactor paalschacht 0,010 q c;a;gem = De gemiddelde conusweerstand in de positieve kleefzone. 8 MPa *Zie sondering op de volgende pagina(s) De maximale draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = O s;δl;gem. ΔL. q s;max` kn Waarin: In dit geval: O s;δl;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht (π. 0,219) 0,688 m ΔL = De hoogte van de positieve kleefzone. 0,5 m 85

141 Negatieve kleef Er wordt uitgegaan van een alleenstaande paal (zie NEN ). Middels onderstaande tabel wordt de totale hoeveelheid negatieve kleef (F nk ) bepaald. Er wordt niet gerekend met maaiveldbelasting. De negatieve kleef voor een enkele paal wordt per grondsoort bepaald met de volgende formule: jn ' v; j 1; rep ' v; j; rep Fnk ; rep Os ; gem dj K0; j; k tan j; rep 2 j 1 Waarin: O s;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht = 0,688 m d j = Hoogte van de grondlaag t.p.v. negatieve kleef in laag j K 0;j;k = Karakteristieke waarde van de neutrale gronddrukfactor in laag j δ j;rep = Karakteristieke waarde van de wrijvingshoek tussen paalschacht en grond in laag j δ j;rep = 0,75. θ (voor stalen buispalen) ζ v = Representatieve waarde van de effectieve verticale spanning Niveau ok [m NAP] Maaiveld +0,32 Y θ kn/m 3 δ ζ v bk kpa ζ v ok kpa ζ v gem kpa K 0. tanδ D F nk kn Veen > gws -0, ,0 11,25 0 8,64 4,32 0,25 0,5 Veen < gws -3, ,0 11,25 8,64 18,84 13,74 0,25 8,0 Klei org. -5, ,0 11,25 18,84 22,44 20,64 0,25 4,2 Klei -5, ,5 16,86 22,44 28,84 25,64 0,25 3,52 Leem -7, ,5 20,63 28,84 49,84 39,34 0,25 14,2 Zand -9, ,5 24,38 49,84 64,24 54,04 0,25 14,9 Klei -12, ,5 20,63 64,24 84,24 74,24 0,25 31,9 Veen -12,5 3 15,0 11,25 84,24 85,74 84,99 0,25 7,3 Tabel 3.3: negatieve kleef Totaal: 84,5 Waarin: Y = Karakteristieke waarde van het effectieve volumiek gewicht van de grond. θ = Effectieve hoek van inwendige wrijving ζ v bk = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (bovenzijde laag) ζ v ok = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (onderzijde laag) ζ v gem = Representatieve gemiddelde waarde effectieve verticale spanning K 0. tanδ = Ten minste 0,25 De rekenwaarde van de negatieve kleef wordt: F nk;d = = Y f;nk. F nk;rep 118 kn Waarin: Y f;nk = De berekening is uitgevoerd conform (d), alleenstaande paal In dit geval: 1,4 86

142 Maximale draagkracht en toetsing UGT Maximale draagkracht De maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R b;cal;max;i + R s;cal;max;i 326 kn Waarin: In dit geval: R b;cal;max;i = Puntdraagvermogen 299 kn R s;cal;max;i = Schachtdraagvermogen 27 kn De karakteristieke waarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: Rc ; cal R gem c; cal min R c;k = ; Min 3 4 = 235 kn Waarin: In dit geval: ξ 3 = ξ 4 = Correlatiefactor 1,39 De rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R c;k / y r 196 kn Waarin: In dit geval: y r = y b = y s y r = Partiële factor, klasse R3 tabel A.6 1,20 Toetsing UGT Er geldt: F cd < R cd Voor berekeningen in de UGT (type B) mag het zakkingscriterium worden vervangen door onderstaande vergelijking: F cd + F nk;d < R cd v R cd - F nk;d = = R c;net;d 78 kn Waarin: In dit geval: F cd = Rekenwaarde van de belasting. Is afhankelijk van de h.o.h. afstand van de palen, belasting ed. n.t.b. F nk;d = Rekenwaarde van de negatieve kleef 118 kn R cd = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal 196 kn R c;net;d = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal inclusief negatieve kleef 78 kn 87

143 Draagkracht van de paalpunt 88

144 Draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) 89

145 3.1.3 Funderingstype 2 Paaldraagvermogen In dit hoofdstuk wordt het paaldraagvermogen bepaald van funderingstype I. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: DKM2 Paaltype: Inwendig geheide stalen buispaal Paalpuntniveau: 13,0 m -NAP Schacht en voetdiameter: Ø273/290 Draagkracht van de paalpunt De maximale puntweerstand bedraagt: q b;max = = α p β s 1 / 2 (q c;iii + 0,5 (q c;i + q c;ii )) 8,33 MPa 15 MPa Waarin: In dit geval: α p = Paalklassefactor paalpunt 1,0 β = Paalvormfactor 0,9 s = Paalvoetfactor 1,0 q c;i;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject I*. 0,7. D eq = 0, = 203 mm 17 MPa 4,0. D eq = 4, = 1160 mm q c;ii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject II*. 12 MPa q c;iii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject III*. 8,0. D eq = 8, = 2320 mm *Zie sondering op de volgende pagina(s) 4 MPa De maximale draagkracht van de paalpunt bedraagt: q b;max = = A punt. q b;max kn Waarin: A punt = π. r 2 = π. (0,290. 0,5) 2 = 0,066 m 2 Draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) De draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = α s. q c;a;gem 0,08 MPa Waarin: In dit geval: α s = Paalklassefactor paalschacht 0,010 q c;a;gem = De gemiddelde conusweerstand in de positieve kleefzone. 8 MPa *Zie sondering op de volgende pagina(s) De maximale draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = O s;δl;gem. ΔL. q s;max` kn Waarin: In dit geval: O s;δl;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht (π. 0,273) 0,857 m ΔL = De hoogte van de positieve kleefzone. 0,5 m 90

146 Negatieve kleef Er wordt uitgegaan van een alleenstaande paal (zie NEN ). Middels onderstaande tabel wordt de totale hoeveelheid negatieve kleef (F nk ) bepaald. Er wordt niet gerekend met maaiveldbelasting. De negatieve kleef voor een enkele paal wordt per grondsoort bepaald met de volgende formule: jn ' v; j 1; rep ' v; j; rep Fnk ; rep Os ; gem dj K0; j; k tan j; rep 2 j 1 Waarin: O s;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht = 0,857 m d j = Hoogte van de grondlaag t.p.v. negatieve kleef in laag j K 0;j;k = Karakteristieke waarde van de neutrale gronddrukfactor in laag j δ j;rep = Karakteristieke waarde van de wrijvingshoek tussen paalschacht en grond in laag j δ j;rep = 0,75. θ (voor stalen buispalen) ζ v = Representatieve waarde van de effectieve verticale spanning Niveau ok [m NAP] Maaiveld +0,32 Y θ kn/m 3 δ ζ v bk kpa ζ v ok kpa ζ v gem kpa K 0. tanδ D F nk kn Veen > gws -0, ,0 11,25 0 8,64 4,32 0,25 0,7 Veen < gws -3, ,0 11,25 8,64 18,84 13,74 0,25 10,0 Klei org. -5, ,0 11,25 18,84 22,44 20,64 0,25 5,3 Klei -5, ,5 16,86 22,44 28,84 25,64 0,25 4,4 Leem -7, ,5 20,63 28,84 49,84 39,34 0,25 17,7 Zand -9, ,5 24,38 49,84 64,24 54,04 0,25 18,5 Klei -12, ,5 20,63 64,24 84,24 74,24 0,25 39,8 Veen -12,5 3 15,0 11,25 84,24 85,74 84,99 0,25 9,1 Tabel 3.4: negatieve kleef Totaal: 105,5 Waarin: Y = Karakteristieke waarde van het effectieve volumiek gewicht van de grond. θ = Effectieve hoek van inwendige wrijving ζ v bk = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (bovenzijde laag) ζ v ok = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (onderzijde laag) ζ v gem = Representatieve gemiddelde waarde effectieve verticale spanning K 0. tanδ = Ten minste 0,25 De rekenwaarde van de negatieve kleef wordt: F nk;d = = Y f;nk. F nk;rep 148 kn Waarin: Y f;nk = De berekening is uitgevoerd conform (d), alleenstaande paal In dit geval: 1,4 91

147 Maximale draagkracht en toetsing UGT Maximale draagkracht De maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R b;cal;max;i + R s;cal;max;i 584 kn Waarin: In dit geval: R b;cal;max;i = Puntdraagvermogen 550 kn R s;cal;max;i = Schachtdraagvermogen 34 kn De karakteristieke waarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: Rc ; cal R gem c; cal min R c;k = ; Min 3 4 = 420 kn Waarin: In dit geval: ξ 3 = ξ 4 = Correlatiefactor 1,39 De rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R c;k / y r 350 kn Waarin: In dit geval: y r = y b = y s y r = Partiële factor, klasse R3 tabel A.6 1,20 Toetsing UGT Er geldt: F cd < R cd Voor berekeningen in de UGT (type B) mag het zakkingscriterium worden vervangen door onderstaande vergelijking: F cd + F nk;d < R cd v R cd - F nk;d = = R c;net;d 202 kn Waarin: In dit geval: F cd = Rekenwaarde van de belasting. Is afhankelijk van de h.o.h. afstand van de palen, belasting ed. n.t.b. F nk;d = Rekenwaarde van de negatieve kleef 148 kn R cd = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal 350 kn R c;net;d = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal inclusief negatieve kleef 202 kn 92

148 Draagkracht van de paalpunt Voor de draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) zie voorgaande paragraaf. 93

149 3.1.4 Funderingstype 3 Paaldraagvermogen In dit hoofdstuk wordt het paaldraagvermogen bepaald van funderingstype I. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: DKM2 Paaltype: Inwendig geheide stalen buispaal Paalpuntniveau: 18,0 m -NAP Schacht en voetdiameter: Ø219/230 Draagkracht van de paalpunt De maximale puntweerstand bedraagt: q b;max = = α p β s 1 / 2 (q c;iii + 0,5 (q c;i + q c;ii )) 12,7 MPa 15 MPa Waarin: In dit geval: α p = Paalklassefactor paalpunt 1,0 β = Paalvormfactor 0,9 s = Paalvoetfactor 1,0 q c;i;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject I*. 0,7. D eq = 0, = 161 mm 25 MPa 4,0. D eq = 4, = 920 mm q c;ii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject II*. 23,5 MPa q c;iii;gem = De gemiddelde conusweerstand in traject III*. 8,0. D eq = 8, =1840 mm *Zie sondering op de volgende pagina(s) 4 MPa De maximale draagkracht van de paalpunt bedraagt: q b;max = = A punt. q b;max kn Waarin: A punt = π. r 2 = π. (0,230. 0,5) 2 = 0,0415 m 2 Draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) De draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = α s. q c;a;gem 0,08 en 0,03 MPa Waarin: In dit geval: α s = Paalklassefactor paalschacht 0,010 q c;a;gem = De gemiddelde conusweerstand in de positieve kleefzone. 8 en 3 MPa *Zie sondering op de volgende pagina(s) De maximale draagkracht van de paalschacht bedraagt: q s;max = = O s;δl;gem. ΔL. q s;max` 168 kn Waarin: In dit geval: O s;δl;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht (π. 0,219) 0,688 m ΔL = De hoogte van de positieve kleefzone. 1,6 en 3,9 m 94

150 Negatieve kleef Er wordt uitgegaan van een alleenstaande paal (zie NEN ). Middels onderstaande tabel wordt de totale hoeveelheid negatieve kleef (F nk ) bepaald. Er wordt niet gerekend met maaiveldbelasting. De negatieve kleef voor een enkele paal wordt per grondsoort bepaald met de volgende formule: jn ' v; j 1; rep ' v; j; rep Fnk ; rep Os ; gem dj K0; j; k tan j; rep 2 j 1 Waarin: O s;gem = Gemiddelde omtrek paalschacht = 0,688 m d j = Hoogte van de grondlaag t.p.v. negatieve kleef in laag j K 0;j;k = Karakteristieke waarde van de neutrale gronddrukfactor in laag j δ j;rep = Karakteristieke waarde van de wrijvingshoek tussen paalschacht en grond in laag j δ j;rep = 0,75. θ (voor stalen buispalen) ζ v = Representatieve waarde van de effectieve verticale spanning Niveau ok [m NAP] Maaiveld +0,32 Y θ kn/m 3 δ ζ v bk kpa ζ v ok kpa ζ v gem kpa K 0. tanδ D F nk kn Veen > gws -0, ,0 11,25 0 8,64 4,32 0,25 0,5 Veen < gws -3, ,0 11,25 8,64 18,84 13,74 0,25 8,0 Klei org. -5, ,0 11,25 18,84 22,44 20,64 0,25 4,2 Klei -5, ,5 16,86 22,44 28,84 25,64 0,25 3,52 Leem -7, ,5 20,63 28,84 49,84 39,34 0,25 14,2 Zand -9, ,5 24,38 49,84 64,24 54,04 0,25 14,9 Klei -12, ,5 20,63 64,24 84,24 74,24 0,25 31,9 Veen -12,5 3 15,0 11,25 84,24 85,74 84,99 0,25 7,3 Tabel 3.5: negatieve kleef Totaal: 84,5 Waarin: Y = Karakteristieke waarde van het effectieve volumiek gewicht van de grond. θ = Effectieve hoek van inwendige wrijving ζ v bk = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (bovenzijde laag) ζ v ok = Representatieve waarde effectieve verticale spanning (onderzijde laag) ζ v gem = Representatieve gemiddelde waarde effectieve verticale spanning K 0. tanδ = Ten minste 0,25 De rekenwaarde van de negatieve kleef wordt: F nk;d = = Y f;nk. F nk;rep 118 kn Waarin: Y f;nk = De berekening is uitgevoerd conform (d), alleenstaande paal (UGT) In dit geval: 1,4 95

151 Maximale draagkracht en toetsing UGT Maximale draagkracht De maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R b;cal;max;i + R s;cal;max;i 695 kn Waarin: In dit geval: R b;cal;max;i = Puntdraagvermogen 527 kn R s;cal;max;i = Schachtdraagvermogen 168 kn De karakteristieke waarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: Rc ; cal R gem c; cal min R c;k = Min ; 3 4 = 500 kn Waarin: In dit geval: ξ 3 = ξ 4 = Correlatiefactor 1,39 De rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal bedraagt: R c;cal = = R c;k / y r 417 kn Waarin: In dit geval: y r = y b = y s y r = Partiële factor, klasse R3 tabel A.6 1,20 Toetsing UGT Er geldt: F cd < R cd Voor berekeningen in de UGT (type B) mag het zakkingscriterium worden vervangen door onderstaande vergelijking: F cd + F nk;d < R cd v R cd - F nk;d = = R c;net;d 299 kn Waarin: In dit geval: F cd = Rekenwaarde van de belasting. Is afhankelijk van de h.o.h. afstand van de palen, belasting ed. n.t.b. F nk;d = Rekenwaarde van de negatieve kleef 118 kn R cd = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal 417 kn R c;net;d = Rekenwaarde van de maximale draagkracht van de paal inclusief negatieve kleef 299 kn 96

152 Draagkracht van de paalpunt 97

153 Draagkracht van de paalschacht (positieve kleef) 98

154 3.2 Veerstijfheden Funderingstype 1 Uitgangspunten In dit hoofdstuk wordt de veerstijfheid (BGT) bepaald van funderingstype I. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: Paaltype: Paalpuntniveau: Schacht en voetdiameter: Equivalente voetdiameter: Puntdraagvermogen: Schachtdraagvermogen: Drukbelasting: Curve (1): DKM2 Inwendig geheide stalen buispaal 13,0 m -NAP Ø219-5/ mm R b;k = R b;cal;max;i / ξ = 299 / 1,39 = 215 kn R s;k = R s;cal;max;i / ξ = 27 / 1,39 = 19 kn F c;d = 200 kn Grondverdringende paal De totale zakking van de paal bestaat uit de puntzakking en uit de elastische verkorting. Er wordt geen rekening gehouden met een groepseffect van de palen. Dit is n.v.t. Paalkopzakking De paalkopzakking bedraagt: s 1 = = s b +s el 13,9 mm Waarin: s b = Zakking van de paalpunt als gevolg van de belasting op de paal. s el = Zakking van het boveneinde paal ten opzichte van de paalpunt als gevolg van elasticiteit van de paal zelf. In dit geval: 12 mm 1,9 mm De zakking van de paalpunt bedraagt: s b = w punt,schacht = 99

155 De elastische zakking bedraagt: L Fgem s el = A E i; schacht paal; nom = 1,9 mm Waarin: In dit geval: L = Lengte tussen paalpunt en boveneinde paal. 13,0 m F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de paalschacht. = l Ftot 0,5 L Ftot Rb L 200 kn A i;schacht = Ideële oppervlakte van de doorsnede van de paalschacht. A i;schacht = A beton + n. A staal 0,0679 m 2 A i;schacht = π. (209. ½) (π. (219. ½) 2 - π. (209. ½) 2 ) E paal;nom = E-modulus van de paalschacht (minst stijve materiaal) E b;paal;nom = kn/m 2 E a;paal;nom = kn/m kn/m 2 n = / = 10 l = Lengte van de paalschacht waarover geen positieve kleef is meegerekend. 12,5 m F tot = De rekenwaarde van de totale belasting op de fundering (BGT) 200 kn ΔL = Lengte van de paalschacht waarover positieve kleef is meegerekend. 0,5 m R b = Rekenwaarde van de heersende kracht in de paalpunt afgelezen uit grafiek t.b.v. s b 180 kn Veerstijfheid De veerstijfheid van funderingstype I bedraagt: K p = = = Waarin: F gem / s N/mm N/mm In dit geval: F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de N paalschacht. s 1 = De paalkopzakking 13,9 mm 100

156 3.2.2 Funderingstype 2 Uitgangspunten In dit hoofdstuk wordt de veerstijfheid (BGT) bepaald van funderingstype II. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: Paaltype: Paalpuntniveau: Schacht en voetdiameter: Equivalente voetdiameter: Puntdraagvermogen: Schachtdraagvermogen: Drukbelasting: Curve (1): DKM2 Inwendig geheide stalen buispaal 13,0 m -NAP Ø273-5/ mm R b;d = R b;cal;max;i / ξ = 550 / 1,39 = 396 kn R s;d = R s;cal;max;i / ξ = 34 / 1,39 = 24 kn F c;k = 200 kn Grondverdringende paal De totale zakking van de paal bestaat uit de puntzakking en uit de elastische verkorting. Er wordt geen rekening gehouden met een groepseffect van de palen. Dit is n.v.t. Paalkopzakking De paalkopzakking bedraagt: s 1 = = Waarin: s b +s el 5,9 mm s b = Zakking van de paalpunt als gevolg van de belasting op de paal. s el = Zakking van het boveneinde paal ten opzichte van de paalpunt als gevolg van elasticiteit van de paal zelf. In dit geval: 4,5 mm 1,4 mm De zakking van de paalpunt bedraagt: s b = w punt,schacht = 101

157 De elastische zakking bedraagt: L Fgem s el = A E i; schacht paal; nom = 1,4 mm Waarin: In dit geval: L = Lengte tussen paalpunt en boveneinde paal. 13,0 m F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de paalschacht. = l Ftot 0,5 L Ftot Rb L 199 kn A i;schacht = Ideële oppervlakte van de doorsnede van de paalschacht. A i;schacht = A beton + n. A staal 0,0963 m 2 A i;schacht = π. (263. ½) (π. (273. ½) 2 - π. (263. ½) 2 ) E paal;nom = E-modulus van de paalschacht (minst stijve materiaal) E b;paal;nom = kn/m 2 E a;paal;nom = kn/m kn/m 2 n = / = 10 l = Lengte van de paalschacht waarover geen positieve kleef is meegerekend. 12,5 m F tot = De rekenwaarde van de totale belasting op de fundering (BGT) 200 kn ΔL = Lengte van de paalschacht waarover positieve kleef is meegerekend. 0,5 m R b = Rekenwaarde van de heersende kracht in de paalpunt afgelezen uit grafiek t.b.v. s b 175 kn Veerstijfheid De veerstijfheid van funderingstype I bedraagt: K p = = = Waarin: F gem / s N/mm N/mm In dit geval: F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de N paalschacht. s 1 = De paalkopzakking 5,9 mm 102

158 3.2.3 Funderingstype 3 Uitgangspunten In dit hoofdstuk wordt de veerstijfheid (BGT) bepaald van funderingstype III. De uitgangspunten voor deze berekening zijn als volgt: Gehanteerde sondering: Paaltype: Paalpuntniveau: Schacht en voetdiameter: Equivalente voetdiameter: Puntdraagvermogen: Schachtdraagvermogen: Drukbelasting: Curve (1): DKM2 Inwendig geheide stalen buispaal 18,0 m -NAP Ø219-5/ mm R b;d = R b;cal;max;i / ξ = 527 / 1,39 = 379 kn R s;d = R s;cal;max;i / ξ = 168 / 1,39 = 120 kn F c;k = 200 kn Grondverdringende paal De totale zakking van de paal bestaat uit de puntzakking en uit de elastische verkorting. Er wordt geen rekening gehouden met een groepseffect van de palen. Dit is n.v.t. Paalkopzakking De paalkopzakking bedraagt: s 1 = = s b +s el 8,3 mm Waarin: s b = Zakking van de paalpunt als gevolg van de belasting op de paal. s el = Zakking van het boveneinde paal ten opzichte van de paalpunt als gevolg van elasticiteit van de paal zelf. In dit geval: 4,5 mm 3,8 mm De zakking van de paalpunt bedraagt: s b = w punt,schacht = 103

159 De elastische zakking bedraagt: L Fgem s el = A E i; schacht paal; nom = 3,8 mm Waarin: In dit geval: L = Lengte tussen paalpunt en boveneinde paal. 18,0 m F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de paalschacht. = l Ftot 0,5 L Ftot Rb L 290 kn A i;schacht = Ideële oppervlakte van de doorsnede van de paalschacht. A i;schacht = A beton + n. A staal 0,0679 m 2 A i;schacht = π. (209. ½) (π. (219. ½) 2 - π. (209. ½) 2 ) E paal;nom = E-modulus van de paalschacht (minst stijve materiaal) E b;paal;nom = kn/m 2 E a;paal;nom = kn/m kn/m 2 n = / = 10 l = Lengte van de paalschacht waarover geen positieve kleef is meegerekend. 12,5 m F tot = De rekenwaarde van de totale belasting op de fundering (BGT) 300 kn ΔL = Lengte van de paalschacht waarover positieve kleef is meegerekend. 5,5 m R b = Rekenwaarde van de heersende kracht in de paalpunt afgelezen uit grafiek t.b.v. s b 240 kn Veerstijfheid De veerstijfheid van funderingstype I bedraagt: K p = = = Waarin: F gem / s N/mm N/mm In dit geval: F gem = Rekenwaarde van de gemiddelde normaalkracht in de N paalschacht. s 1 = De paalkopzakking 8,3 mm 104

160 4. Bijlage IV: Berekeningen variant 1 Deze bijlage omvat de constructieve berekeningen voor de wapening van variant 1. Bij variant 1 wordt het funderingsherstel geheel gewapend met traditionele wapening.

161 Inhoudsopgave bijlage IV 4.1 AXISVM Invoer AXISVM Uitvoer AXISVM OVERIGE BEREKENINGEN Bepaling kaswapening Ponscontrole Controle op minimale wapening Overzicht resultaten

162 4.1 AxisVM Invoer AXISVM Algemene invoer Materialen Naam Type Model E x [N/mm 2 ] E y [N/mm 2 ] T [1/ C] [kg/m 3 ] Materiaal kleur Contour kleur Structuur 1 C30/37 Beton Lineair ,20 1E Concrete A Naam P 1 P 2 P 3 P 4 1 C30/37 f ck[n/mm 2 ] = 30,00 c= 1,500 cc= 0,85 t= 2,00 Gebruiker gedefinieerde belastingcombinaties uit belastinggevallen Naam Type Perm. 01 Perm. 02 Ver. 01 Ver. 02 (wind links) Ver. 03 (wind rechts) 1 Sterkte 1: 6.10a UGT 1,35 1,35 0, Sterkte 2: 6.10b UGT 1,20 1,20 1, Sterkte 3: 6.10b UGT 1,20 1,20 0 1, Sterkte 4: 6.10b UGT 1,20 1, ,50 5 Doorbuiging 1 BGT Karakteristiek 1,00 1,00 1, Doorbuiging 2 BGT Karakteristiek 1,00 1,00 0 1, Doorbuiging 3 BGT Karakteristiek 1,00 1, ,00 Knoopopleggingen Knoop Type Ref. Elem. Rx [kn/m] Ry [kn/m] Rz [kn/m] Glob Glob. 1E+4 1E+4 3,61E+4 Afbeelding 4.1: isometrie 107

163 Belastinggevallen Afbeelding 4.2: perm. 01 Afbeelding 4.3: perm

164 Afbeelding 4.4: ver. 01 Afbeelding 4.5: ver. 02 (wind links) 109

165 4.1.2 Uitvoer AXISVM Reactiekrachten fundering Afbeelding 4.6: grenstoestand Min., R z F c;d;max = 296,8 kn 110

166 Momentenverdeling Onderstaande verwijzingen worden aangehouden bij de benaming van de momenten. Onderdeel: Plaats: Assenstelsel: m xd + = Omhullende van de momenten in x- richting bovenin de vloer m xd - = Omhullende van de momenten in x- richting onderin de vloer m yd + = Omhullende van de momenten in y- richting bovenin de vloer m yd - = Omhullende van de momenten in y- richting onderin de vloer Afbeelding 4.7: omhullende min., m xd - (l) en omhullende max., m xd + (r) Afbeelding 4.8: omhullende min., m yd (l) en omhullende max., m yd + (r) 111

167 Wapening Afbeelding 4.9: omhullende axb (onderwapening x-richting) Afbeelding 4.10: omhullende axb, doorsnedelijn (onderwapening x-richting) 112

168 Afbeelding 4.11: omhullende axt (bovenwapening x-richting) Afbeelding 4.12: omhullende axt, doorsnedelijn (bovenwapening x-richting) 113

169 Afbeelding 4.13: omhullende ayb (onderwapening y-richting) Afbeelding 4.14: omhullende ayb, doorsnedelijn (onderwapening y-richting) 114

170 Afbeelding 4.15: omhullende ayt (bovenwapening y-richting) Afbeelding 4.16: omhullende ayt, doorsnedelijn (bovenwapening y-richting) 115

171 4.2 Overige berekeningen Bepaling kaswapening Algemeen De kaswapening bestaat uit dwarskracht- en buigwapening. De kassen worden aangebracht h.o.h mm. De breedte van een kas bedraagt 500 mm. De kassen worden allemaal gewapend met dezelfde wapening. Om de maatgevende kas te bepalen worden de belastingen t.p.v. de op de situatietekening aangeven kassen bekeken. De kassen worden allemaal hetzelfde gewapend vanuit een praktisch oogpunt. Bij standaard funderingsherstel worden kassen vrijwel altijd hetzelfde bewapend. De belasting op de kas bestaat uit één meter van de q- last plus de mogelijk aanwezige puntlast. De maatgevende kassen bevinden zich daarom in de hoeken van het funderingsherstel. De puntlast vanuit de voorgevel van de belendende panden worden hier afgedragen naar de fundering. De puntlast vanuit de belendende voorgevels wordt verdeeld over twee kassen (F G;rep / 2). De puntlast vanuit de schoorsteen t.p.v. de rechter bouwmuur is niet maatgevend. Afbeelding 4.17: situatietekening kassen Belastingen t.p.v. de kassen Kas Belasting Kas Belasting K0.1: q G;rep = 80,0 kn/m 1 K0.3: q G;rep = 79,1 kn/m 1 q Q;rep = 36,6 kn/m 1 q Q;rep = 30,7 kn/m 1 F G;rep = 76,8 / 2 = 38,4 kn F G;rep = 106,7 / 2 = 53,4 kn F w;rep = 61,7 kn F w;rep = 61,7 kn K0.2: q G;rep = 80,0 kn/m 1 K0.4: q G;rep = 79,1 kn/m 1 q Q;rep = 36,6 kn/m 1 q Q;rep = 30,7 kn/m 1 F G;rep = 96,6 / 2 = 48,3 kn F G;rep = 103,7 / 2 = 51,9 kn F w;rep = 61,7 kn F w;rep = 61,7 kn Kas K0.3 is maatgevend. De rekenwaarde van de belasting bedraagt*: 6.10a = 1,35. (79,1 + 53,4) + 1,5. 0,4. 30,7 = 197,3 kn 6.10b = 1,2. (79,1 + 53,4) + 1,5. 61,7 = 251,6 kn *ψ 0;wind = 0, opgelegde veranderlijke belasting overheersend in 6.10a, veranderlijke belasting wind overheersend in 6.10b De muurdikte bedraagt t.p.v. de inkassing 330 mm. De afstand tot het hart van rand van de vloerwapening bedraagt 50 mm (e = 330 mm + 50 mm). M d = 0,5. 251,6 (0, ,050) = 47,8 knm 116

172 Buigwapening De buigwapening t.p.v. de kassen bedraagt: A s = = ρ. b. d 367 mm Waarin: In dit geval: ρ = Wapeningspercentage* M / bd 2 = 47,8. / 0,5. 0,311 2 = 988 0,236 % b = De breedte van de te beschouwen doorsnede 500 mm d = = *Gebruikte tabel GTB De nuttige hoogte ,5. 12 = 311 mm Dwarskrachtwapening De benodigde hoeveelheid dwarskrachtwapening in de kassen bedraagt: 311 mm A sw = A ben / a = 39 mm Waarin: A ben = = Oppervlakte van de benodigde dwarskrachtwapening (A sw / s). e a = Aantal beugels x sneden (aantal sneden beugel, in dit geval dubbelsnedig) A sw Ed b VEd = s 0, 9 fyd cot 0, 9 d fyd cot In dit geval: 232 mm = 6 0,83 mm 2 /mm 1 s = Horizontale staafafstand tussen de dwarskrachtwapening - e = Arm van de dwarskracht tot de rand van de wapening = 380 mm ⱱ Ed = Rekenwaarde van de schuifspanning - = V Ed Ed - bd V Ed = Rekenwaarde van de dwarskracht 251,6 kn b = Breedte van de betondoorsnede 500 mm f yd = Rekenwaarde van de vloeigrens van betonstaal 435 N/mm 2 d = De nuttige hoogte 311 mm θ = Helling van de drukdiagonalen 21,8 117

173 4.2.2 Ponscontrole Algemeen In dit hoofdstuk wordt er gecontroleerd of er ponswapening benodigd is t.p.v. de funderingspalen. Er geldt: ⱱ Ed ⱱ Rd,c Er wordt bij deze controle uitgegaan van de ondergrenswaarde (ⱱ Rd,c = 0,035. k 3/2. f ck ). Met excentriciteit van de normaaldrukkracht (V Ed ) wordt geen rekening gehouden. De excentrisch aangrijpende ponskracht wordt verwaarloosbaar geacht. Controle De rekenwaarde van de schuifspanning in de eerste periferie bedraagt: v Ed = = V Ed / (u 1. d) 0,20 N/mm 2 Waarin: In dit geval: V Ed = Rekenwaarde van de ponskracht 296,8 kn u 1 = Lengte van de eerste toetsingsmeter, ronde paal 4791 mm = u 1 = π (c + 4. d) c = Diameter van ronde paal 273 mm d = Nuttige hoogte (d gemiddeld = d eff ) d eff =(d y + d z ) / 2 = ( ) / mm De ondergrenswaarde van toelaatbare grensspanning bedraagt: v Rd,c = = 0,035. k 3/2. sqrt(f ck ) 0,46 N/mm 2 Waarin: k = Schaalfactor = ,0 1 d 313 In dit geval: 1,8 f ck = Karakteristieke kubusdruksterkte beton op 28 dagen 30 N/mm 2 Eis: v Ed v Rd,c Akkoord Waarin: In dit geval: v Ed = De rekenwaarde van de schuifspanning in de eerste periferie 0,20 N/mm 2 v Rd,c = De ondergrenswaarde van toelaatbare grensspanning 0,46 N/mm 2 118

174 4.2.3 Controle op minimale wapening Controle De eis m.b.t. de minimale wapening: A s,min A s,prov Akkoord Waarin: A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening ρ min;c30,37. b. d = 0, A s,prov = Oppervlakte van de doorsnede van het minimaal aanwezige betonstaal In dit geval: 467 mm 2 /m mm 2 /m 1 ( ) De minimaal benodigde wapening hoeft niet groter te zijn dan 1,25 x de berekende wapening: A s,min 1,25. As,req 381,3 mm Waarin: A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening In dit geval: 467 mm 2 /m 1 A s,req = De oppervlakte van de benodigde wapening 305 mm 2 /m 1 119

175 4.2.4 Overzicht resultaten Algemeen Voor een overzicht van de resultaten zie tekening V01 d.d of onderstaande wapeningstekening (niet op schaal). In dit hoofdstuk worden tevens de toegepaste kilogrammen wapening per kuub beton berekend. Wapeningstekeningen Afbeelding 4.18: toegepaste wapening 120

176 Wapeningshoeveelheden Resultaat: beton 16,9358 m 3 staal 1870 kg -----> 110,4 kg/m 3 onderdeel : fundering begane grond extra wapening aantal : 1 st aantal diameter lengte massa totaal beton-afmeting stuks mm mm kg/m kg lengte : mm ,888 74,6 breedte : 4730 mm ,888 74,6 dikte : 350 mm ,617 37,0 extra beton : 0 m ,617 37,0 extra wapening : 0 kg ,888 14,2 standaard haarspelden rondom ,617 12,6 diameter : 12 mm ,617 5,8 hart op hart : 150 mm , ,0 lengte : 1200 mm basiswapening diameter h.o.h mm 2 factor lengte staven: , ,8 onderin lengterichting ,07 lengte staven: , ,8 onderin breedterichting ,07 lengte staven: , ,0 bovenin lengterichting ,07 lengte staven: , ,1 bovenin breedterichting , haarspelden: , ,5 Tabel 4.1: kiloraming wapening, kaswapening is verwerkt in de staaflengte en haarspelden rondom Hoeveelheden: Beton: 17 m 3 C30/37 Wapeningsstaal: 1870 kg Raming: 110,4 kg/m 3 121

177 5. Bijlage V: Berekeningen variant 2 Deze bijlage omvat de constructieve berekeningen voor de wapening van variant 2. Bij variant 2 wordt het funderingsherstel gewapend met traditionele- en staalvezelwapening.

178 Inhoudsopgave bijlage V 5.1 UITGANGSPUNTEN BEREKENING VARIANT Inleiding Gehanteerde normen Materiaalgegevens staalvezels Krachtsverdeling UGT AXISVM Invoer AxisVM Uitvoer AxisVM WAPENINGS- EN CONTROLEBEREKENINGEN Toelichting doorsnedeberekening UGT Berekening buiging UGT Bepaling kaswapening Ponscontrole Controle minimale wapening Overzicht resultaten

179 5.1 Uitgangspunten berekening variant Inleiding Algemeen Dit hoofdstuk omvat de uitgangspunten voor de bepaling van de hoeveelheid staalvezel- en traditionele wapening in het beton. De uitgangspunten vormen de basis van de berekening. De uitgangspunten die in dit hoofdstuk worden besproken zijn een aanvulling op de uitgangspunten die zijn genoemd in bijlage 2. Toepassingsgebieden De berekeningen die in deze bijlage worden besproken kunnen als basis dienen voor berekeningen in staalvezel(hybride)beton voor andere projecten. Deze berekeningsmethode is niet geschikt voor [CUR Rapport 246]: Beton met een grotere sterkteklasse dan C50/60. Constructies waarbij wordt gewapend met voorspanstaal. Constructies die zijn uitgevoerd in lichtbeton. Constructies die zijn uitgevoerd in zelfverdichtend beton. Toepassingen in agressieve milieuklassen (XS2, XS3, XD2 of XD3). Voorwaarde voor het werken met staalvezelbeton is dat na het scheuren van het beton er een nieuw evenwichtssysteem moet worden gevonden. Dit is mogelijk als aan één van onderstaande voorwaarden wordt voldaan [CUR Rapport 246]: Er is sprake van een statisch onbepaalde constructie met herverdelingscapaciteit. Er wordt traditioneel wapeningsstaal gecombineerd met staalvezelwapening. Er is een normaalkracht aanwezig in de constructie. Bepaling krachtsverdeling De krachtsverdeling in de constructie mag worden bepaald volgens: De lineaire elasticiteitstheorie. De lineaire elasticiteitstheorie met herverdeling. De plasticiteitstheorie. De niet lineaire elasticiteitstheorie Gehanteerde normen Algemeen Voor de berekening van (hybride) gewapend staalvezelbeton zijn onderstaande normen gehanteerd. Deze normen dienen als aanvulling op de hiervoor genoemde uitgangspunten van de berekening (zie bijlage II, uitgangspunten varianten). Voor een samenvatting van onderstaande normen (beproevings- en ontwerpnormen) wordt verwezen naar CUR Rapport 246. Beproevingen De bepaling van de gemiddelde nascheurtreksterkte van staalvezelbeton geschied conform de NEN-EN Deze regelgeving omschrijft de uitvoering en verwerkmethode van de resultaten van de driepuntsbuigproef. Materialen De betonkwaliteiten zijn conform de NEN EN en nationale normen. De wapeningsstaalkwaliteiten zijn conform de NEN EN en nationale normen. De kwaliteiten van de staalvezels zijn conform de NEN EN en nationale normen. 124

180 Nederlandse normen t.b.v. ontwerp De berekening van de spanningsverdeling in de hybride gewapende betonconstructie geschied conform bijlage A (UGT) in de CUR aanbeveling 111. Buitenlandse normen en richtlijnen t.b.v. ontwerp De berekening van de rekenwaarden van de treksterkten van staalvezelbeton en de overige verwerking van de proefresultaten van de driepuntsbuigproef geschied conform de DAfStb- richtlijn (Stahlfaserbeton, maart 2010, Duitsland). De materiaalfactoren op staalvezelbeton worden gehanteerd volgens de Model Code 2010 en de Italiaanse richtlijn (Guide for the design and construction of fibre-reinforced concrete structures, DT 201/2006 CNR, Rome, Italië, november 2007). 125

181 5.1.3 Materiaalgegevens staalvezels Algemeen De staalvezels die voor dit project worden toegepast zijn van de 5D familie van Dramix (Bekaert). Deze vezels werken als strain hardening in beton en hebben de volgende eigenschappen: Toelaatbare treksterkte: R m,nom = 2300 N/mm 2 Rek in de draad: Tolerantie ± 7,5% gem. Elasticiteitsmodulus: ± N/mm 2 Lengte: 60 mm Dikte (diameter): 0,90 mm Lengte/diameter verhouding: 65 Rekenwaarde buigtreksterkten Met de nascheurtreksterkten van staalvezelbeton is het aandeel van de aanwezige trekspanning te bepalen die door de staalvezels worden opgenomen nadat het beton is gescheurd. De karakteristieke nascheurtreksterkten van staalvezelbeton zijn bepaald uit gemiddelde waarden die zijn verkregen met de driepuntsbuigproef. De in onderstaande grafiek aangegeven, discrete punten worden in de berekening gebruikt. De bij deze punten behorende waarden verschillen per type staalvezel, hoeveelheid staalvezels en betonkwaliteit. De waarden voor de nascheurtreksterkten van het gekozen type staalvezelbeton zijn in de berekening aangegeven. Figuur 5.1: verschillende kracht-scheuropeningrelaties driepuntsbuigproef (CMOD) (grafiek geeft strain softening staalvezels weer) [CUR Rapport 246] De rekenwaarde van de nascheurtreksterkte van staalvezelbeton wordt bepaald volgens: ζ 2,3d = α hyp. α char. Κ h. α r,c. f rxm / y f ct Waarin: In dit geval: α hyp = Factor die rekening houdt met lastenverdeling (l. elastisch). 1,0 α char = Factor die rekening houdt met variatie materiaaleigenschappen. 0,9 Κ h = Factor voor het compenseren van schaaleffecten. 1,0 α r,c = Conversiefactor voor buigrek trek. Zie tabel f rxm = Gemiddelde buigtreksterkte staalvezelbeton bij een CMOD. Zie invoer y f ct = Materiaalfactor staalvezelbeton onder trek (toepassing in hoofddraagconstructie). 1,5 126

182 Onderstaande tabel wordt aangehouden voor de bepaling van α r,c (conform DAfStb, Stahlfaserbeton). f r4,m / f r1,m f r1,m ζ 2 f r4,m ζ 3 < 0,50 0,37. f r4,m 0,37. f r4,m 0,50 0,40 0,05 0,70 0,40 0,25 1,00 0,40 0,35 1,50 0,40 0,44 > 1,50 0,40 0,44 Voor tussenliggende waarden mag worden geïnterpoleerd. Tabel 5.1: conversiefactoren buigrek trek De spanning waarbij de treksterkte van het beton wordt overschreden wordt gedefinieerd met ζ 1,d. Deze spanning wordt bepaald volgens: ζ 1,d = 0,5. ζ 2,d Waarin: ζ 1,d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek (gebaseerd op ζ 2,d ). ζ 2,d = Rekenwaarde van staalvezelbeton onder trek (gebaseerd op f r1,m ). In dit geval: Zie invoer Excel,, Krachtsverdeling UGT Algemeen De bepaling van de krachtsverdeling (in de doorsnede) in de UGT geschied conform bijlage A in CUR aanbeveling 111. Op de afbeelding die is weergegeven op de volgende pagina is te zien hoe de krachten en rekken worden geschematiseerd. Rekken De berekening is gebonden aan de maximale rekken die gelden voor de druk- en trekzone in het beton. De volgende waarden voor de rekken zijn in de berekening aangehouden: Betondrukzone (ε) De maximale rek in de betondrukzone is 3,5. Bij een rek van 1,75 treedt betonstuik op. Het moment bij een rek van 1,75 in de betondrukzone is het stuikmoment. Betontrekzone (ε) De maximale rek in de betontrekzone is 25. De wapening gaat vloeien vanaf een rek van 2. o Bij B500A is de minimale rek van de wapening 2,5. o Bij B500B is de minimale rek van de wapening 5,0. o Bij B500C is de minimale rek van de wapening 7,5. 127

183 Figuur 5.2: aangehouden spanning- en rekdiagram 128

184 5.2 AxisVM Invoer AxisVM Voor de invoer van de AxisVM wordt verwezen naar bijlage 4. De paalreacties en dus ook de plaatdikte zijn exact hetzelfde als bij variant Uitvoer AxisVM Momentenverdeling Onderstaande verwijzingen worden aangehouden bij de benaming van de momenten. Onderdeel: Plaats: Assenstelsel: m xd + = Omhullende van de momenten in x- richting bovenin de vloer m xd - = Omhullende van de momenten in x- richting onderin de vloer m yd + = Omhullende van de momenten in y- richting bovenin de vloer m yd - = Omhullende van de momenten in y- richting onderin de vloer Afbeelding 5.1: omhullende min., m xd - (l) en omhullende max., m xd + (r) Afbeelding 5.2: omhullende min., m yd (l) en omhullende max., m yd + (r) 129

185 Wapening De maximale momenten in bepaalde gebieden worden gebruikt voor de bepaling van de wapening in de constructie. De wapening wordt bepaald met een Excelsheet. Onderstaande steunpuntsmomenten worden gebruikt als maximale waarden. De veldmomenten worden geheel met staalvezels opgenomen. De bijbehorende berekening hiervoor volgen later in dit verslag. Afbeelding 5.3: Omhullende maximale momenten in x-richting (schematische weergave) Afbeelding 5.4: Omhullende maximale momenten in y-richting (schematische weergave) 130

186 moment in knm 616,3 5.3 Wapenings- en controleberekeningen Toelichting doorsnedeberekening UGT Algemeen Zoals op de vorige pagina al is aangegeven geschied de berekening van de wapening voor de (hybride) gewapende betonconstructie met een Excelsheet. De werking van de Excelsheet is gebaseerd op het krachtenevenwicht in de betondoorsnede en op de maximaal toelaatbare rekken. De voorwaarden waaraan de berekening moet voldoen zijn: De maximaal toelaatbare rek in de betondruk- en trekzone mag niet overschreden worden. De sommatie van de krachten in de betondrukzone en in de betontrekzone moet nul zijn. Aan de hand van deze voorwaarden, de materiaaleigenschappen, de wapeningspercentages en de (materiaal)factoren wordt het maximaal opneembare moment van de betondoorsnede bepaald. Voor elk maatgevend moment moet de wapening apart worden bepaald en moet worden bewezen dat de wapening voldoet. Op de eerste berekening zijn daarom alle invoerparameters weergegeven. De overige berekeningen van de opneembare momenten geven een samenvatting van de berekening. De invoerparameters zijn voor deze berekeningen gelijk aan die van de eerste berekening. Toelichting Excelsheet Op de volgende pagina s wordt met tekstballonnen aangegeven hoe de Excelsheet gebruikt kan worden, hoe deze werkt en waar de parameters ingevuld kunnen worden. Als aanvulling op deze toelichting zijn hieronder enkele aanvullende punten en voorwaarden gegeven: De Excelsheet is geheel gecontroleerd en geverifieerd met de berekening van de fabrikant van de staalvezels (Bekaert). De uitkomsten komen bij strain hardening staalvezels nagenoeg exact overeen. De berekening is (nog) niet geschikt voor staalvezels die strain softening werken in beton. De opneembare momenten met deze vezel die met de sheet worden berekend zijn (nog) niet betrouwbaar genoeg. De afwijking is 4%. Als het opneembare moment in de grafiek zich voor de 2 rekgrens bevindt of als de rek in de betondrukzone negatief wordt, moet de hoogte van de doorsnede worden vergroot of moet er drukwapening worden toegepast (zie onderstaande afbeelding). Dit is van toepassing bij doorsneden met grote hoeveelheden wapeningstaal (bijvoorbeeld h = 350 mm, wapening ø40-150). Drukwapening kan in deze sheet niet worden ingevuld. Als doorsneden worden bewapend met druk- en trekwapening kunnen deze niet met deze sheet worden berekend. M Rd : 616,3 knm/m 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, rek in Afbeelding 5.5: voorbeeld doorsnede verhogen (h = 350 mm, wapening ø32-100) 131

187 Afbeelding 5.6: toelichting Excelsheet blad; invoer 132

188 Afbeelding 5.7: toelichting Excelsheet blad; uitvoer 133

189 5.3.2 Berekening buiging UGT Moment 240 knm (M x ) 134

190 135

191 Moment 150 knm (M x ) Doorsnedeberekening staalvezelbeton UGT Projectgegevens: Project: Leidsegracht 66 variant 2 Datum: Werknummer: AFS.14 Samenvatting berekening: Toepassing Ontwerplevensduurklasse: 3 Gevolgklasse: CC2 Gebruikscategorieën: A (woon- en verblijfsruimtes) Constructie Doorsnede: Type wapening: Plaatvormig Hybride Geometrie Hoogte doorsnede (h): 350 mm Breedte doorsnede (b): 1000 mm Staalvezelbeton Betonkwaliteit: C30/37 Vezeltype en dosering: 35 kg/m3 5D 65/60 BG Wapening Betonstaal: B500B Diameter wap.staven (d s ): 12 mm Staafafstand (s): 175 mm Nuttige hoogte (d): 319 mm Betondekking (c nom ): 25 mm Opneembaar buigend moment M Rd : 149,7 knm/m 136

192 Moment 180 knm (M y ) Doorsnedeberekening staalvezelbeton UGT Projectgegevens: Project: Leidsegracht 66 variant 2 Datum: Werknummer: AFS.14 Samenvatting berekening: Toepassing Ontwerplevensduurklasse: 3 Gevolgklasse: CC2 Gebruikscategorieën: A (woon- en verblijfsruimtes) Constructie Doorsnede: Type wapening: Plaatvormig Hybride Geometrie Hoogte doorsnede (h): 350 mm Breedte doorsnede (b): 1000 mm Staalvezelbeton Betonkwaliteit: C30/37 Vezeltype en dosering: 35 kg/m3 5D 65/60 BG Wapening Betonstaal: B500B Diameter wap.staven (d s ): 16 mm Staafafstand (s): 200 mm Nuttige hoogte (d): 297 mm Betondekking (c nom ): 25 mm Opneembaar buigend moment M Rd : 180,7 knm/m 137

193 Moment 100 knm (M y ) Doorsnedeberekening staalvezelbeton UGT Projectgegevens: Project: Leidsegracht 66 variant 2 Datum: Werknummer: AFS.14 Samenvatting berekening: Toepassing Ontwerplevensduurklasse: 3 Gevolgklasse: CC2 Gebruikscategorieën: A (woon- en verblijfsruimtes) Constructie Doorsnede: Type wapening: Plaatvormig Hybride Geometrie Hoogte doorsnede (h): 350 mm Breedte doorsnede (b): 1000 mm Staalvezelbeton Betonkwaliteit: C30/37 Vezeltype en dosering: 35 kg/m3 5D 65/60 BG Wapening Betonstaal: B500B Diameter wap.staven (d s ): 12 mm Staafafstand (s): 200 mm Nuttige hoogte (d): 299 mm Betondekking (c nom ): 25 mm Opneembaar buigend moment M Rd : 135,5 knm/m Bepaling kaswapening Voor de berekening van de kaswapening wordt verwezen naar bijlage 4. In de kassen kan niet worden gegarandeerd dat de vezels, net als in de vloer, homogeen verdeeld zijn. De eigenschappen van de staalvezelwapening die met de berekening zijn bepaald kunnen dan ook niet worden toegeschreven aan de kassen. De kassen worden bewapend zoals is bepaald in variant Ponscontrole Algemeen Omdat de vloerdikte niet is veranderd zijn de belastingen op de palen ook niet veranderd. De constructie voldoet bij variant 1 op pons en voldoet dus ook in deze variant op pons. De staalvezels zorgen er zelfs voor dat de paalbelasting hoger kan worden. Echter is de restcapaciteit van de palen na aftrek van de aanwezige paalbelasting niet dermate hoog dat er minder palen toegepast kunnen worden. Voor de ponsweerstand van de vloer in- en exclusief de gunstige eigenschappen van de staalvezels zie de Excel sheet en toelichting hiervan op de volgende pagina s. 138

194 Toelichting Excel sheet Bij deze berekening wordt berekend wat de ponscapaciteit is van het beton inclusief de gunstige eigenschappen van staalvezelbeton. De gunstige eigenschappen van het staalvezelbeton mogen in rekening worden gebracht volgens artikel 8.3 in CUR aanbeveling 111. Hierin wordt omschreven dat de ponsweerstand van de beschouwde doorsnede mag worden verhoogd volgens onderstaande methodiek. Als voorwaarde is hieraan verbonden dat betonstaal in de vorm van buigwapening in de doorsnede aanwezig moet zijn. Als aan deze voorwaarde wordt voldaan mag de ponsweerstand van het beton worden verhoogt volgens (CA 111): V Rd,c,tot = V Rd,c + V Rd,cf Waarin: In dit geval: V Rd,c,tot = De totale ponskrachtweerstand van het beschouwde element. Zie uitvoer Excel V Rd,c V Rd,cf De ponskrachtweerstand van het betonaandeel van het beschouwde element. De ponskrachtweerstand van het staalvezelaandeel van het beschouwde element. De ponskrachtweerstand van het betonaandeel van het beschouwde element wordt bepaald volgens Eurocode 2: v Rd,c = 0,12 k (100 ρ 1 f ck ) 1/3 v min = 0,035. k 3/2. (f ck ) Waarin: In dit geval: k = Schaalfactor* Zie uitvoer Excel ρ 1 = Gemiddelde wapeningsverhouding*,, f ck = Karakteristieke betondruksterkte,, v min = Ondergrenswaarde van de ponsweerstand (afschuifweerstand) van beton. *Voor de bijbehorende formules wordt verwezen naar EC2 of de GTB 2010 De ponskrachtweerstand van het betonaandeel van het beschouwde element wordt bepaald volgens CUR aanbeveling 111:,,,,,, v Rd,cf = 0,18. f R3,m / (1,4. y f ct) Waarin: In dit geval: f R3,m = Gemiddelde buigtreksterkte staalvezelbeton bij een CMOD van 2,5 mm. Zie invoer Excel y f ct = Materiaalfactor staalvezelbeton onder trek,, De ponskrachtweerstanden worden van spanningen omgerekend naar krachten door de ponskrachtweerstand te vermenigvuldigen met de lengte van de eerste perimeter x de dikte van het element: V Rd,c = v Rd,c. u 1. h Zie invoer Excel V Rd,cf = v Rd,cf. u 1. h,, De rekenwaarde van de optredende dwarskracht wordt verhoogt door vermenigvuldiging met de factor β (variabele factor). NB: als vloeroverspanningen niet meer dan 25% verschillen en kolom-vloerverbindingen geen functie in de stabiliteit hebben mag β = 1,15 worden aangehouden [GTB 2010] 139

195 Berekening ponscapaciteit staalvezelbeton Ponscapaciteitsberekening staalvezelbeton Projectgegevens: Project: Leidsegracht 66 variant 2 Datum: Werknummer: AFS.14 Onderdeel: Fund. herstel Constructeur: Tom Godthelp Invoergegevens: Belasting Ponsbelasting (V Ed ): 296,8 kn Constructie Type wapening: Staalvezels: Hybride 35 kg/m 3 5D 65/60 BG Hoogte doorsnede (h): 350 mm Materiaalfactor (y f c): 1,2 Materiaalfactor (y f t): 1,5 Variabele factor (β ⱱ Ed ): 1,15 Betonkwaliteit: C30/37 Betondruksterkte (f ck ): 30 N/mm 2 Dekking bovenwapening (c): 25 mm Diameter wapening (x): 16 mm h.o.h.: 125 mm Diameter wapening (y): 16 mm h.o.h.: 200 mm Paal rond (diameter): 219 mm Paal vierkant (lengte zijden): mm Resultaten berekening: Parameters Effectieve nuttige hoogte (d eff ): 309,0 mm Effectieve diameter (D): 219,0 mm Eerste toetsingsperimeter (u 1 ): 4571,0 mm Gem. wapeningsverhouding (ρ 1 ): 0,0036 Schaalfactor (k): 1,80 Spanning aanwezig en ponsweerstand beton Ponsschuifspanning (v Ed ): 0,24 N/mm 2 Ponsweerstand (v Rd,c ): 0,48 N/mm 2 Ondergrens ponsweerstand (v min ): 0,46 N/mm 2 Aandeel staalvezels f R3,m : 5,60 N/mm 2 Karakteristieke waarde (f R3,m ): 4,67 N/mm 2 Opneembare schuifspanning (v Rd,f ): 0,4 N/mm 2 Krachten Opneembare kracht (V Rd,c ): 743,45 kn Opneembare kracht vezels (V rd,cf ): 639,94 kn Totaal (V Rd,c,tot ): 1383,39 kn 296,80 kn Akkoord 140

196 5.3.5 Controle minimale wapening Algemeen Minimale wapening wordt voorgeschreven om brosse breuk van een betonconstructie te voorkomen. Met onderstaande berekening wordt aangetoond dat de minimale wapening die nodig is kan worden vervangen met staalvezelwapening. Controle De eis m.b.t. de minimale wapening: A s,min A s,prov Akkoord Waarin: A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening ρ min;c30,37. b. d = 0, A s,prov = Oppervlakte van de doorsnede van het minimaal aanwezige betonstaal In dit geval: 467 mm 2 /m mm 2 /m 1 ( ) De minimaal benodigde wapening hoeft niet groter te zijn dan 1,25 x de berekende wapening: A s,min = 1,25. As,req 381,3 mm 2 /m Waarin: A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening A s,req = De oppervlakte van de benodigde wapening (zie uitvoer AxisVM variant 1) In dit geval: 467 mm 2 /m mm 2 /m 1 De traditionele wapening wordt in zijn geheel vervangen door staalvezels. Het moment dat het staalvezelbeton op moet kunnen nemen bedraagt: M d = = f yd. 0,9. d. A s,min knm Waarin: In dit geval: f yd = Rekenwaarde van de vloeigrens van het wapeningsstaal. 435 N/mm 2 d = De nuttige hoogte 315 mm ½. 10 A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening 381,3 mm 2 /m Er geldt: M d M Rd Akkoord Waarin: In dit geval: M d = Minimaal op te nemen moment. 47 knm M Rd = Opneembaar moment door het staalvezelbeton (zie volgende pagina). 71,7 knm 141

197 Opneembaar moment alleen staalvezels (bepaald met Excelsheet) Doorsnedeberekening staalvezelbeton UGT Projectgegevens: Project: Leidsegracht 66 variant 2 Datum: Werknummer: AFS.14 Samenvatting berekening: Toepassing Ontwerplevensduurklasse: 3 Gevolgklasse: CC2 Gebruikscategorieën: A (woon- en verblijfsruimtes) Constructie Doorsnede: Type wapening: Plaatvormig Alleen staalvezels Geometrie Hoogte doorsnede (h): 350 mm Breedte doorsnede (b): 1000 mm Staalvezelbeton Betonkwaliteit: C30/37 Vezeltype en dosering: 35 kg/m3 5D 65/60 BG Wapening niet van toepassing Betonstaal: B500B Diameter wap.staven (d s ): 0 mm Staafafstand (s): 1 mm Nuttige hoogte (d): 350 mm Betondekking (c nom ): 0 mm Opneembaar buigend moment M Rd : 71,7 knm/m 142

198 5.3.6 Overzicht resultaten Algemeen Voor een overzicht van de resultaten zie tekening V02 d.d of onderstaande wapeningstekening (niet op schaal). In dit hoofdstuk worden tevens de toegepaste kilogrammen wapening per kuub beton en de massa van de staalvezels in het beton berekend. Wapeningstekeningen Afbeelding 5.8: toegepaste wapening 143

199 Wapeningshoeveelheden Resultaat: beton 16,9358 m 3 staal 988,6 kg -----> 58,4 kg/m 3 onderdeel : fundering begane grond extra wapening aantal : 1 st aantal diameter lengte massa totaal beton-afmeting stuks mm mm kg/m kg lengte : mm , ,9 breedte : 4730 mm , ,2 dikte : 350 mm , ,3 extra beton : m , ,3 extra wapening : kg ,888 18,2 standaard haarspelden rondom ,888 8,4 diameter : mm , ,4 hart op hart : mm , ,0 lengte : mm basiswapening diameter h.o.h mm 2 factor lengte staven: onderin lengterichting onderin breedterichting bovenin lengterichting bovenin breedterichting Tabel 5.2: kiloraming wapening lengte staven: lengte staven: lengte staven: haarspelden: Hoeveelheden: Beton: 17 m 3 C30/37 Wapeningsstaal: 988,6 kg Raming: 58,4 kg/m 3 Staalvezels: = 595 kg 144

200 6. Bijlage VI: Berekeningen variant 3 Deze bijlage omvat de constructieve berekeningen voor de staalvezelwapening van variant 3. Bij variant 3 wordt het funderingsherstel geheel gewapend met staalvezelwapening.

201 Inhoudsopgave bijlage VI 6.1 UITGANGSPUNTEN BEREKENING VARIANT AXISVM Invoer AxisVM Uitvoer AxisVM WAPENINGS- EN CONTROLEBEREKENINGEN Doorsnedeberekening UGT Bepaling kaswapening Ponscontrole Controle minimale wapening Overzicht resultaten

202 6.1 Uitgangspunten berekening variant 3 De uitgangspunten voor deze variant zijn exact hetzelfde als die voor variant 2. Voor de uitgangspunten wordt dan ook verwezen naar de uitgangspunten die zijn omschreven in bijlage 5. De randvoorwaarde waar deze berekening aan voldoet is dat er sprake is van herverdelingscapaciteit. De berekening mag dus worden uitgevoerd met de opgestelde Excel sheet. 6.2 AxisVM Invoer AxisVM Voor de invoer van de AxisVM wordt verwezen naar bijlage 4. Alleen de constructiehoogte en daarmee het eigen gewicht van de vloer is bij deze variant anders. De paalreacties en momenten worden daarom in dit hoofdstuk kort weergegeven Uitvoer AxisVM Paalreacties Afbeelding 6.1: omhullende, Rz (Interne krachten knoopoplegging) De maximaal toelaatbare paalbelasting (299 kn) wordt niet overschreden (F c;d;max = 286,7 kn). 147

203 Momentenverdeling constructie Afbeelding 6.2: omhullende max., m xd+ Afbeelding 6.3: omhullende max., m yd+ Maximaal moment Het maximale moment bevindt zich in deze constructie t.p.v. de steunpunten. Dit moment, aanwezig in de x-richting, bedraagt 246 knm. De hele vloer moet op dit moment gedimensioneerd worden. 148

204 6.3 Wapenings- en controleberekeningen Doorsnedeberekening UGT Algemeen Voor de uitgangspunten, randvoorwaarden en uitleg van deze berekening zie de toelichting in bijlage 5. Bepaling opneembaar moment bij bepaalde vloerdikte 149

205 150

206 6.3.2 Bepaling kaswapening Voor de berekening van de kaswapening wordt verwezen naar bijlage 4. De kassen worden bewapend zoals is bepaald in variant Ponscontrole De hoogste paalbelasting in variant 1 en 2 bedraagt 296,8 kn. De maximale paalbelasting in variant 3 bedraagt 286,7 kn. Dit vanwege de verbeterde spreiding van de belasting over de palen (grote stijfheid van de constructie). De constructies in variant 1 en 2 voldoen ruim aan de toelaatbare ponsbelasting. Aangenomen wordt dan ook dat variant 3, vanwege de toegenomen vloerdikte en lagere paalbelasting, nog ruimer voldoet op pons. De berekening om de toelaatbare ponsbelasting van de vloer te bepalen wordt dan ook niet gemaakt. Hiervoor wordt verwezen naar bijlage Controle minimale wapening Algemeen Met onderstaande berekening wordt aangetoond dat de minimale wapening die nodig is (extreem uitgangspunt omdat 1,25. As,req niet wordt toegepast) kan worden vervangen door staalvezelwapening. Controle De eis m.b.t. de minimale wapening: A s,min A s,prov Akkoord Waarin: A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening ρ min;c30,37. b. d = 0, A s,prov = Oppervlakte van de doorsnede van het minimaal aanwezige betonstaal In dit geval: 930 mm 2 /m 1 n.v.t. De traditionele wapening wordt in zijn geheel vervangen door staalvezels. Het moment dat het staalvezelbeton op moet kunnen nemen bedraagt: M d = = f yd. 0,9. d. A s,min knm Waarin: In dit geval: f yd = Rekenwaarde van de vloeigrens van het wapeningsstaal. 435 N/mm 2 d = De nuttige hoogte. 620 mm d = ½. 10 A s,min = Minimumoppervlakte van de doorsnede van de wapening 930 mm 2 /m Er geldt: M d M Rd Akkoord Waarin: In dit geval: M d = Minimaal op te nemen moment. 225 knm M Rd = Opneembaar moment door het staalvezelbeton* 247,2 knm *Voor het opneembaar moment van het staalvezelbeton zie uitvoer Excel sheet in hoofdstuk

207 6.3.5 Overzicht resultaten Algemeen Voor een overzicht van de resultaten zie tekening V02 d.d of onderstaande wapeningstekening (niet op schaal). In dit hoofdstuk worden tevens de toegepaste kilogrammen wapening per kuub beton en de massa van de staalvezels in het beton berekend. Wapeningstekeningen Afbeelding 6.4: toegepaste wapening 152

208 Wapeningshoeveelheden Resultaat: beton 31,4521 m 3 staal 263,9 kg -----> 8,4 kg/m 3 onderdeel : fundering begane grond extra wapening aantal : 1 st aantal diameter lengte massa totaal beton-afmeting stuks mm mm kg/m kg lengte : mm ,888 18,2 breedte : 4730 mm ,888 8,4 dikte : 650 mm , ,4 extra beton : m , ,0 extra wapening : kg standaard haarspelden rondom diameter : mm hart op hart : mm lengte : mm basiswapening diameter h.o.h mm 2 factor lengte staven: onderin lengterichting onderin breedterichting bovenin lengterichting bovenin breedterichting Tabel 6.1: kiloraming wapening lengte staven: lengte staven: lengte staven: haarspelden: Hoeveelheden: Beton: 31,5 m 3 C30/37 Wapeningsstaal: 264 kg Raming: 8,4 kg/m 3 Staalvezels: 31,5. 35 = 1102,5 kg 153

209 7. Bijlage VII: Verslagen bedrijfsbezoeken en overleggen Deze bijlage omvat de verschillende verslagen van de gesprekken en bezoeken die ik heb gemaakt en hebben plaatsgevonden tijdens het afstudeerproject. De verslagen zijn gemaakt om mijn inzicht in de onderzochte problematiek te vergroten. Het verslag van mijn bezoek aan de Mebin betonfabriek in Amsterdam Duivendrecht, het bezoek van Anne Hoekstra (Bekaert), het bezoek van Peter Hoekstra (gemeente Amsterdam) en mijn bezoek aan de nieuwbouw van de betoncentrale van Albeton komt in deze bijlage aan bod.

210 7.1 Verslag bedrijfsbezoek Mebin Gegevens Algemeen Opgesteld door: Tom Godthelp Datum bezoek: Datum rapportage: Bedrijfsgegevens Bedrijfsnaam: Mebin B.V. Amsterdam Locatie: Van der Madeweg AM Amsterdam, Duivendrecht Contactpersoon: Johan Noordenbos Verslag Inleiding Omdat ik graag meer wil weten over het productieproces van beton en in het bijzonder staalvezelbeton heb ik de Mebin betonfabriek in Amsterdam Duivendrecht bezocht. Dit verslag behandeld de inhoud van dit bezoek. Johan Noordenbos begeleidde mij tijdens dit bezoek en gaf antwoord op mijn vragen. Johan is bij Mebin commercieel technisch adviseur. Overleg Mijn bezoek startte met een overleg. Hieronder een samenvatting van dit overleg. Mebin B.V. produceert drie soorten vezelbeton onder de volgende merknamen: 1. Fibercrete (s). Dit is vezelbeton waarbij staalvezels worden toegevoegd aan het betonmengsel. Mebin past staalvezels toe van Bekaert, de zgn. Dramix vezels. De drie vezeltypen die Bekaert produceert (3D-, 4D- en 5D-vezels) worden allen bij Fibercrete (s) toegepast. 2. Fibercrete (k). Dit is vezelbeton waarbij kunststofvezels worden toegevoegd aan het betonmengsel. Mebin past kunststofvezels toe van het merk Propex. De vezels die worden toegepast zijn de zgn. 12 mm. Fibermesh vezels. 3. Fibercrete (sk). Dit is vezelbeton waarbij zowel kunststof- als staalvezels worden toegevoegd aan het betonmengsel. Het betonmengsel bestaat uit een combinatie van kunststof- en staalvezels die worden geproduceerd door bovenstaande fabrikanten. De hoeveelheid kunststof- en/of staalvezels per kuub beton wordt bepaald door de constructeur. Mebin stemt i.s.m. de klant de betonsamenstelling af. De samenstelling van beton is voor een deel afhankelijk van de hoeveelheid staalvezels die per kuub aan het beton worden toegevoegd. Het toevoegen van staalvezels verhoogd het specifieke oppervlakte van beton. Water omhuld de staalvezels. Dit zorgt ervoor dat de verwerkbaarheid van het beton omlaag gaat. Het beton wordt minder vloeibaar. Mebin voegt daarom altijd een plastificeerder toe aan het betonmengsel. Het beton wordt door het toevoegen van een plastificeerder vloeibaarder (hogere consistentieklasse). De consistentieklasse van staalvezelbeton dat wordt geleverd door Mebin is meestal van klasse F4 (zeer plastisch) of klasse F5 (vloeibaar). Bij beton in klasse F5 wordt in plaats van een plastificeerder een superplastificeerder aan het mengsel toegevoegd. Kunststofvezels worden door Mebin aan het betonmengsel toegevoegd om krimpscheuren te voorkomen of te verminderen. Als krimpscheuren worden voorkomen of verminderd zorgt dat voor een toename in duurzaamheid (levensduur) en slijtvastheid van de vloer. 155

211 Staalvezels worden bij Mebin nooit toegepast om krimpscheuren te voorkomen. Het is wel mogelijk om de betonsamenstelling aan te passen zodat plastische krimpscheuren worden verminderd. Mebin heeft in Eindhoven meegewerkt aan het SVB proefproject. Hierbij is een begane grondvloer en een casco geheel uitgevoerd in staalvezelbeton. Traditionele wapening is achterwege gelaten. Het casco is uitgevoerd met de tunnelgietbouwmethode. Op de begane grondvloer en het casco zijn verschillende proeven uitgevoerd die leiden tot het bezwijken van de constructie. Met deze resultaten zijn nieuwe inzichten verkregen in staalvezelbeton. Staal- en kunststofvezels kunnen op drie verschillende manieren worden toegevoegd aan het betonmengsel: 1. Handmatige dosering in de menger van de betoncentrale. 2. Handmatige dosering in de truckmixer d.m.v. een transportband o.i.d. 3. Automatische dosering in de menger van de betoncentrale. De Mebin vestiging in Duivendrecht heeft gekozen voor methode 2. De vestiging van Mebin waar ik op bezoek was gebruikt voor het toevoegen van vezels aan het beton een transportband. De transportband wordt achter de truckmixer gepositioneerd waarna de staalvezels (handmatig gedoseerd) in de betonspecie worden gemengd. De methode van toepassen verschilt echter per betoncentrale van Mebin. Methode 3 wordt in geen enkele fabriek van Mebin toegepast. Johan geeft de voorkeur aan methode 2. Hierbij is de kans op het ontstaan van egels in de betonspecie het kleinst. Egels zijn ballen van staalvezels die kunnen ontstaan tijdens het mengproces. Dit wordt in het literatuuronderzoek uitgelegd. Verder geeft Johan aan dat bij leidingdoorvoeren in staalvezelbeton altijd traditionele wapening moet worden bijgelegd omdat hier geen vezels zitten die nuttig werken. Voor de toepassing in steden heeft Mebin een speciaal product ontwikkeld (Citycrete). De bedoeling van dit type beton is dat het makkelijk verpompbaar is. Zo kan een kleiner type slang worden gebruikt (5 6,5 cm). Het gebruik van een kleinere slang zorgt ervoor dat er i.p.v. twee personen één persoon beton kan storten (i.v.m. gewicht, Arbo wetgeving). De kleine slangdiameter is toepasbaar met de Dramix 3D vezels (tot een lengte van 3 cm) en met kunststofvezels. Andere staalvezeltypen van Bekaert kunnen niet worden toegepast in deze buisdiameter omdat de druk in de slang te groot wordt en de verpompbaarheid afneemt. Ook kan de buis verstopt raken. Bij Citycrete wordt tevens een ander type grind toegepast. In beton wordt een korreldiameter van 31,5 mm. het meest toegepast. In Citycrete wordt fijn grind toegepast. Dit grind heeft een diameter van max. 16 mm. De volgende grindsoorten worden bij Mebin toegepast: Kifgrind, deze grindkorrel heeft een diameter van 8 mm. (Dmax 8). Fijn grind, deze grindkorrel heeft een diameter van 16 mm. (Dmax 16). Normaal grind, deze grindkorrel heeft een diameter van 31,5 mm. (Dmax 32). Het type grindkorrel kan zorgen voor een hogere of juist lagere verwerkbaarheid van het beton. De kosten per kuub van een hoeveelheid staalvezelbeton zijn afhankelijk van de hoeveelheid en het soort vezels die aan het beton worden toegevoegd. Ook spelen factoren als sterkteklasse, milieuklasse, consistentieklasse, korrelafmeting en chlorideklasse uiteraard ook een rol. Globaal gezien kan Mebin een volgende prijsopgave geven. De prijzen zijn inclusief het arbeidsloon dat bijvoorbeeld gerekend wordt voor het toevoegen van de vezels en exclusief het beton. /m 3 Hoeveelheid vezels Soort vezel Fibercrete (s) kg/m 3 3D Fibercrete (k) 17,50 0,9 kg/m 3 12 mm. Fibermesh Fibercrete (sk) 60,50 Combinatie 3D mm. Fibermesh Tabel 1 156

212 Rondleiding Na het overleg kreeg ik een rondleiding door de fabriek en door de kantoren van de Mebin vestiging. Hieronder een samenvatting van de rondleiding. De rondleiding startte in het kantoor. Bij deze rondleiding kwamen we langs de afdelingen planning, klantenservice en betontechnologie. De afdeling planning kan worden onderverdeeld in de eendaagse en tweedaagse planning. De ene afdeling plant storten in die plaatsvinden in een ruim tijdsbestek. De andere afdeling plant de storten in die in minder, of binnen een dag plaatsvinden. In het gunstigste geval rijden betonmixers altijd. Dit is echter lastig omdat zaken als files, bouwvertragingen en ander oponthoud ervoor kunnen zorgen dat de planning niet wordt nagekomen en een stort moet worden uitgesteld. De afdeling planning werkt goed samen met de afdeling klantenservice. De offertes kunnen zo makkelijker worden opgesteld. Bij de afdeling betontechnologie wordt voor elke order de juiste betonsamenstelling bepaald. Dit werk wordt gedaan door betontechnologen. Het beton wordt als de betontruck klaarstaat samengesteld in de fabriek. Het fabrieksterrein van Mebin wordt gedeeld met Beamix. Beamix levert kant en klare mortels voor de bouw. Grind en zand worden aangeleverd met binnenvaartschepen. Bijna elke werkdag wordt er een schip in de haven van Mebin gelost. Vanaf de loslocatie wordt het zand en grind tijdelijk opgeslagen. Het vochtgehalte in het zand en grind wordt gemeten zodat er niet teveel water aan het betonmengsel wordt toegevoegd. Vanaf de opslagplek worden zand en grind in een trechter gestort. Deze trechter heeft aanzienlijke afmetingen zodat de toeslagmaterialen niet steeds bijgevuld moeten worden. De dosering van de toeslagmaterialen wordt m.b.v. de trechters bepaald. Dit gebeurt in de zgn. zand- en grindkuil. Vanaf deze ruimte worden de toeslagmaterialen met een lopende band vervoerd naar de mengcentrale. Bovenop de mengcentrale bevinden zich vier silo s. De silo s zijn gevuld met hoogovencement (2x), portlandcement (1x) en vliegas (1x). In de mengcentrale wordt het beton samengesteld en gemengd. Dit gebeurt in twee mengers. Zo kunnen de truckmixers af en aan rijden zonder oponthoud. Doordat het hele proces verhoogd is kunnen de truckmixers onder de mengcentrale worden gevuld. Dit is goed te zien in het fotoverslag. Op het fabrieksterrein is ook een betonlaboratorium. In dit betonlaboratorium worden verschillende betonsoorten beproefd. De proeven waarmee de consistentieklasse wordt gemeten zijn weergeven in de tabel op de volgende pagina (tabel 2). Behalve dat de consistentieklasse van de geproduceerde betonsoorten wordt beproefd, worden ook andere betoneigenschappen in het laboratorium beproefd: De kubusdruksterkte van beton. Door Mebin wordt meestal i.v.m. mogelijke productiefouten altijd een wat hogere betonsterkte geproduceerd. De verhoging van de sterkte wordt bepaald door de afkeurkans van de fabriek. Johan geeft aan dat er nooit lagere kubusdruksterkten worden gemeten dan de sterkteklasse die is besteld. De vloeistofdichtheid van vloeistofdicht beton. Dit wordt gemeten door een aantal bar (water) gedurende een bepaalde tijd op een proefstuk te zetten in een speciale klem. De indringing van het water in het proefstuk wordt gemeten. De water-cementfactor in beton met de droogproef. Dit wordt gemeten door het gewicht van voor, en na het verdampen (in een oven) van water in beton met elkaar te vergelijken. Het zelfverdichtend karakter van beton. Dit wordt gemeten met de U-box-, L-box-test e.v.a. 157

213 Tot slot Tijdens de rondleiding en het overleg heb ik veel nieuwe dingen geleerd en gezien m.b.t. normaalen staalvezelbeton. De informatie die ik tijdens de rondleiding heb gekregen kan ik goed gebruiken in mijn afstudeerproject. Het fotoverslag wat in het volgende hoofdstuk is opgenomen geeft een beeld van de betonproductie bij Mebin en van mijn rondleiding. Tabel 2: consistentieklassen en testmethoden [bron: Mebin] Fotoverslag Foto 1: mengcentrale en transportbanden voor zand en grind 158

214 Foto 2: het storten van overtollig beton in bekistingen voor de productie van legoblokken Foto 3: spoelplaats truckmixers 159

215 Foto 4: zand- en grindkuil (doseringssysteem) Foto 5: transportband staal- en kunststofvezels. De staalvezels worden hierachter droog opgeslagen. 160

216 Foto 6: uitharden van kubussen in een bad van 20 t.b.v. bepalen kubusdruksterkte (28 dagen uitharden) Foto 7: drukbank t.b.v. het testen van de kubusdruksterkte 161

217 7.2 Verslag bezoek Anne Hoekstra (Bekaert) Gegevens Algemeen Datum bezoek: Aanwezigen: Ing. A. Hoekstra, Ing. P.G. Korse, T. Godthelp Tijd: 13:30 Opgesteld door: Tom Godthelp Datum rapportage: Bedrijfsgegevens Bedrijf: Contactpersoon: NV Bekaert SA Home office De Lauwers RV Gerkesklooster Ing. A. Hoekstra Verslag Inleiding Omdat ik graag meer wil weten over het staalvezelbeton heb ik een afspraak gemaakt met Anne Hoekstra van de firma Bekaert. Dit verslag behandelt de inhoud van deze afspraak. Anne Hoekstra is op kantoor langsgekomen om mijn vragen te beantwoorden en om informatie te verschaffen over staalvezelbeton. Anne is bij Bekaert Technical Manager. Algemeen Staalvezelbeton is te beproeven met de driepuntsbuigproef (NEN-EN 14651). Deze proef is vervormingsgestuurd. Dit is belangrijk omdat staalvezelbeton na het scheuren van het beton nog een kracht kan opnemen. Deze kracht is niet bij elk vezeltype hoger dan de betontreksterkte. Staalvezels kunnen werken in beton als strain hardening en strain softening. Strain hardening betekent dat het staalvezelbeton meer kracht op kan nemen dan de betontreksterkte. Strain softening betekent dat het staalvezelbeton een kleinere kracht op kan nemen dan de betontreksterkte. De curve na het bezwijken van de betontreksterkte is afhankelijk van de hoeveelheid en het type staalvezels in beton. Het type staalvezels wordt bepaald door de lengtediameter verhouding, de toelaatbare treksterkte van het staal en de wijze van verankering. Bij staalvezels van Bekaert wordt het staalvezeltype aangegeven middels onderstaande benaming. Bekaert produceert de 3D, 4D en 5D vezelfamilies in verscheidene lengtes en diameters. Figuur 14: resultaat driepuntsbuigproef 3D 80/60-BG 3D = Verankering (aantal ombuigingen aan één zijde van de vezel -1). 80 = l/d (lengte/diameter) verhouding. 60 = Lengte vezel in mm. B = Bright (blank, onbehandeld staal). G = Glued (vezels samengesteld tot plaatjes voor betere homogene menging) 162

218 De werking van de 3D vezel is bij toevoeging van 50 kg/m 3 vezels aan het beton nog steeds strain softening. Bij onderschikte constructies en bedrijfsvloeren op volle grond kan deze vezel toegepast worden. Staalvezelbeton is in axiale trek (nog) niet strain hardening. Als staalvezelbeton scheurt bij axiale trekbelasting ontstaat één scheur. Als traditioneel gewapend beton scheurt ontstaan er meerdere scheuren. De treksterkte van staalvezelbeton moet hoger zijn dan die van het beton zelf. Dit is nu nog niet het geval. Als staalvezelbeton constructief toegepast wordt in kelderwanden moet traditionele wapening worden toegevoegd of moeten aanvullende voorzieningen getroffen worden (zoals behandelen prefab wanden) om de waterdichtheid van de constructie te waarborgen (scheurwijdte). Een combinatie van staalvezelwapening en traditionele wapening in beton wordt hybride gewapend beton genoemd. Om piekspanningen boven palen op te vangen adviseert Anne om dan altijd extra traditionele wapening toe te passen (bij de 3D vezels). Vanwege het strain hardening effect van de 5D staalvezels is dit bij de 5D vezels niet noodzakelijk. Bij verhinderde krimp moet bij alle vezelfamilies traditionele wapening worden toegepast. Verhinderde krimp treedt bijvoorbeeld op in het nieuwe beton als nieuw beton op oud beton wordt gestort. Bij dynamische belasting vervormd staalvezelbeton elastisch tot een scheurwijdte van 0,05 mm tot 0,1 mm. Bij grotere scheurwijdtes vervormd staalvezelbeton plastisch. Bekaert produceert drie vezel families waarvan de maximale vezelhoeveelheden in onderstaande tabel zijn weergegeven. Als deze maximale hoeveelheden worden overschreden leidt dat niet tot verbetering van het materiaal. Tevens zijn hogere doseringen economisch niet interessant. Vezeltype Maximale hoeveelheid staalvezels in beton in kg/m 3 Dramix 3D 50 Dramix 4D 40 Dramix 5D 35 Tabel 3: maximale hoeveelheid staalvezels in beton Kosten De kosten voor staalvezels variëren per staalvezeltype, l/d verhouding en lengte. De kosten per kilogram staalvezels voor een l/d verhouding van 65 en een lengte van 60 mm, zijn in onderstaande tabel weergegeven. De kosten zijn exclusief arbeidsloon voor het toevoegen van de staalvezels aan het betonmengsel. Vezeltype Kosten in /kg Dramix 3D 65/60 1,00,- tot 1,25,- Dramix 4D 65/60 1,30,- tot 1,50,- Dramix 5D 65/60 1,70,- tot 1,95,- Tabel 4: kosten voor staalvezels 65/60 Eén kilo wapeningsstaal is goedkoper dan één kilo staalvezels. Echter zijn de voordelen die staalvezels kunnen bieden m.b.t. arbeidsloon dan niet meegerekend. Er hoeft immers minder wapening gevlochten te worden wat kan leiden tot een besparing in arbeidsloon. Dit kan ervoor zorgen dat staalvezelwapening goedkoper is dan traditionele wapening. Toepassing Staalvezelbeton wordt in Nederland vrij weinig toegepast in constructieve toepassingen. De reden hiervoor is dat het materiaal nog relatief onbekend is. Rekenmethoden zijn bij veel adviesbureaus niet bekend. Er zijn in Nederland weinig adviesbureaus die met staalvezelbeton kunnen rekenen. 163

219 Draadvezels De drie, door Bekaert geproduceerde vezeltypen worden onderscheiden door de wijze van verankeren (het aantal haakjes) en de draadkwaliteiten (verschillende treksterktes). De 3D vezels hebben een normale treksterkte en een normale verankering (3 ombuigingen). De 4D vezels hebben een hogere treksterkte en verbeterde verankering (4 ombuigingen). De 5D vezels hebben een zeer hoge treksterkte, een hoge rek en een zeer goede verankering (5 ombuigingen). Het verhogen van de draadkwaliteit heeft alleen zin als de verankering van de vezel in beton ook verbeterd wordt. De 3D-vezel wordt bij beton met een normale kwaliteit namelijk al bij een spanning van ongeveer 400 N/mm 2 uit het beton getrokken. Dit terwijl de treksterkte van de vezel ongeveer 1100 N/mm 2 bedraagt. De 5D vezel heeft een treksterkte van ongeveer 2300 N/mm 2. De staalvezel wordt uit het beton getrokken bij een trekspanning van ongeveer 1900 N/mm 2. Doordat de verankering van deze vezel is verbeterd, heeft het zin om treksterkte van de vezel te verhogen. De draad die wordt toegepast in de 5D vezels, wordt al ongeveer 20 jaar door Bekaert geproduceerd voor de toepassing in de negge van autobanden (stalen ring in banden). In onderstaande grafieken zijn de eigenschappen van de verschillende vezeltypen weergegeven. Figuur 15 en 16: treksterktegrafieken draadkwaliteiten staalvezels (L) en resultaten driepuntsbuigproef (R) [1] Figuur 17: uittrektest staalvezels [1] Soms is bij berekeningen in de BGT scheurwijdte maatgevend voor de hoeveelheid wapening in beton. Het toevoegen van de 4D vezel aan het betonmengsel kan dan 60 procent van de totaal benodigde hoeveelheid traditionele wapening besparen. Dit is bijvoorbeeld van toepassing bij vloeistofdichte vloeren. Het marktgebied waarin de 3D vezel wordt toegepast is een vechtmarkt. Er is veel concurrentie. De markt voor de 4D en 5D vezel biedt voor Bekaert grote mogelijkheden. De 5D vezel kan vanwege de strain hardening eigenschappen (zie figuur 4) een deel van de traditionele wapening vervangen in hybride gewapende betonconstructies. Hierbij moet dan wel een betonkwaliteit worden gebruikt van C30/37 of hoger. C20/25 is niet geschikt. De vezel slipt dan bij een te lage spanning uit het beton. 164

220 Regelgeving en rekenmethoden Vloeren op volle grond en verhardingen in staalvezelbeton kunnen worden berekend middels CUR aanbeveling 35 en 36. CUR aanbeveling 35 omschrijft de rekenmethodiek. CUR aanbeveling 36 omschrijft de uitvoering van de vierpuntsbuigproef. De vierpuntsbuigproef is vervormingsgestuurd. Bij de driepuntsbuigproef ontstaat de scheur in een vooraf aangebrachte kerf. Bij de vierpuntsbuigproef ontstaat de scheur, of ontstaan de scheuren, op een niet te voorspellen plek. Tevens zijn de proefresultaten van de vierpuntsbuigproef niet erg betrouwbaar omdat het proefstuk geringe afmeting heeft en er boogwerking kan ontstaan. Dit zorgt voor een gedrongen constructie waardoor de waarde van de treksterktes niet altijd de juiste waarden zijn. De proefresultaten van de vierpuntsbuigproef zijn makkelijk te manipuleren. Met de proefresultaten uit de vierpuntsbuigproef kan de taaiheid van staalvezelbeton worden bepaald. De betontreksterkte mag volgens de CUR aanbeveling 36 verhoogd worden met: R - 0,3 1,5 f = f 1+ fctd ctd 0,7 0,3 R 1,5 1,0 (1.34) Waarin: f fctd = rekenwaarde van de treksterkte van staalvezelbeton. f ctd = rekenwaarde van de treksterkte van beton. R 1,5 = buigtaaiheidswaarde die het nascheurgedrag van staalvezelbeton karakteriseert. De drie- en vierpuntsbuigproef zijn niet met elkaar vergelijkbaar. Bij de vierpuntsbuigproef kunnen namelijk meerdere scheuren in het beton ontstaan en bij de driepuntsbuigproef niet. In 2004 is het RILEM document TC 162-TDF uitgekomen. Met de uitkomsten van dit document is verder gegaan in CUR aanbeveling 111. Deze CUR aanbeveling is in 2007 uitgekomen. Anne is met de commissie voor deze CUR aanbeveling begonnen in CUR aanbeveling 111 is geschikt voor de berekening van vloeren op palen uitgevoerd in staalvezelbeton. CUR aanbeveling 111 rekent met gemiddelde waarden. De materiaalfactor op de treksterkte van staalvezelbeton (y ft ) is 1,25. Als beton wordt toegepast in kelderwanden moet de materiaalfactor worden verhoogd. De kelder maakt immers deel uit van de hoofddraagconstructie. De materiaalfactor wordt verhoogd met 1,2 (y ft = 1,25. 1,2 = 1,5). Voor de toepassing van staalvezelbeton bij funderingsherstel moet gerekend worden volgens de Model Code Voor de uitleg en toepassing van de Model Code wordt verwezen naar het afstudeeronderzoek. Momenteel is een Eurocode werkgroep bezig met de ontwikkeling van regelgeving voor staalvezelbeton. Misschien komt deze nieuwe regelgeving uit bij een herziening van de Eurocode. De voordelige eigenschappen van staalvezelbeton bij dwarskracht en pons worden middels de Duitse norm (DAfStb Stahlfaserbeton) en het RILEM document in rekening gebracht. In de CUR publicaties 245 en 246 worden rekenmethodes voor staalvezelbeton behandeld waarbij verschillende normen uit verschillende landen worden gebruikt. Deze rekenmethodes ga ik toepassen in mijn afstudeeronderzoek. In Rotterdam mag bij goedkeuring van bureau Hageman funderingsherstel uitgevoerd worden in hybride gewapend beton. Boven de paalstroken, in de kassen en in de pompput wordt dan traditionele wapening gebruikt. De hoeveelheid traditionele wapening is uiteraard minder dan bij een traditioneel gewapend funderingsherstel en is afhankelijk van de situatie. 165

221 Uitvoering en productie Bij een l/d verhouding van de vezels groter dan 50 kunnen losse vezels gaan klitten (het vormen van egels) in de verpakking en tijdens het mengproces. Dit is de reden dat Bekaert de vezels verlijmd tot plaatjes. De lijm is oplosbaar in water. Tijdens het mengproces van het staalvezelbeton wordt de lijm opgelost (na 60 tot 90 seconden) en kunnen de vezels zich los verdelen door het betonmengsel. Het vormen van egels is door het verlijmen uitgesloten. Om een goede homogene verdeling van de vezels in het beton te verkrijgen moet de molen van de truckmixer minimaal 10 omwentelingen per minuut maken. 7 à 8 omwentelingen is de maximale snelheid van een molen van een truckmixer. Een truckmixer is immers niet ontworpen om beton te mengen. Een truckmixer is ontworpen om beton te agiteren (in beweging te houden). In 90 procent van de gevallen gaat het mixen van staalvezelbeton met een truckmixer goed. Echter bij een oude truckmixer met versleten schoepen wordt het staalvezelbeton niet voldoende gemengd. Anne geeft aan dat het toevoegen van staalvezels in de menger van de betoncentrale daarom de voorkeur geniet. Staalvezels toevoegen op de bouwplaats komt bijna nooit voor. Vanuit een kwaliteitsoogpunt is dit eigenlijk ook niet mogelijk. De staalvezels worden altijd bij de betoncentrale toegevoegd. In Nederland is maar één betoncentrale die staalvezels toevoegt in de menger van de betoncentrale. Dit is erg weinig. De reden is als volgt; de menger wordt niet wordt nagespoeld na de productie van staalvezelbeton. Er kunnen staalvezels in de menger achterblijven. Bij tunnelgietbouw kan een staalvezel dan bij een volgende productie en stort (zonder staalvezels) aan het oppervlak komen. De kans hierop is heel klein maar het is de reden dat betoncentrales geen staalvezels toevoegen in de centrale menger. Staalvezels worden meestal in de centrale menger toegevoegd met een automatisch doseringssysteem. In dit systeem kan 1500 kg staalvezels worden toegevoegd. Middels trillen en afwegen worden de staalvezels gedoseerd in het betonmengsel. Mebin Rotterdam heeft een mobiele automatische Afbeelding 7.1: automatische doseerinstallatie voor staalvezels in de menger [2] doseerinstallatie. Raijmakers beton uit Beringe (Limburg) is de enige betonproducent in Nederland met een automatisch doseringssysteem dat staalvezels automatisch toevoegt in de menger. In Amsterdam wordt momenteel een nieuwe installatie gebouwd waarbij staalvezels automatisch aan de menger worden toegevoegd. Betoncentrales brengen gemiddeld voor het toevoegen van staalvezels aan het betonmengsel 10 tot 40 procent bovenop de materiaalkosten in rekening. In Nederland kan bij betoncentrales geen gecertificeerd staalvezelbeton geleverd worden. In België en Duitsland kan dit al wel. In België en Duitsland is het verplicht om staalvezels toe te voegen in de centrale menger van de betoncentrale. Twee redenen waardoor staalvezelbeton nog niet gecertificeerd in Nederland verkrijgbaar is, is dat er nog weinig vraag naar het product is en doordat er een bepaalde terughoudendheid heerst bij uitvoerende en ontwerpende partijen. Enkele vloerenbedrijven in Nederland die met staalvezelbeton werken zijn: Vloertechniek Vlaardingen Van Berlo bedrijfsvloeren Veghel 166

222 De minimale maaswijdte bij de toepassing van staalvezelbeton in combinatie met traditionele wapening moet worden beperkt tot 100 mm of 1,5 keer de vezellengte. Bij kleinere maaswijdtes kunnen de staalvezels gaan ophopen achter de wapening en wordt dus geen homogene verdeling van de staalvezels in het betonmengsel verwezenlijkt. Als staalvezelbeton wordt toegepast als vervanger van traditionele wapening wordt de 5D vezel van Bekaert voorgeschreven. De korrelafmeting van granulaat is van belang voor de oriëntatie van de vezels in beton (zie onderstaande afbeelding. De meest ideale samenstelling van beton omtrent granulaatafmetingen is 40 tot 50 procent Dmax16 en 50 tot 60 procent Dmax32. Afbeelding 7.2: de invloed van grote en kleine grindkorrels op de spreiding van staalvezels in het beton Door teveel trillen in beton kan segregatie optreden. Dit is het ontmengen van beton. Het trillen van beton kan ervoor zorgen dat (zwaardere) granulaatkorrels naar de onderkant van de betonmatrix zakken. Dit kan bij staalvezelbeton ook gebeuren. Dit zorgt voor een andere vezel oriëntatie in het beton waardoor de eigenschappen van staalvezelbeton veranderen. Anne geeft aan dat er als er geen segregatie optreed, er ook geen verstoring is van de vezelverdeling en de homogeniteit van staalvezelbeton. Bij het trillen van staalvezelbeton hoeft er dus amper tot geen rekening gehouden te worden met de aanwezigheid van staalvezels in het beton. De toepassing van staalvezels in hogesterktebeton kan voordelen bieden. Hogesterktebeton is een bros materiaal. Dit betekent dat om bros bezwijken te voorkomen er minimaal 200 kg staalvezels aan het beton moet worden toegevoegd. Dit is niet rendabel. Tevens is de kostprijs van hogesterktebeton hoog. De prijs varieert van 1000,- tot 1700,- kg per kuub beton. Hogesterktebeton is niet rendabel voor funderingsherstel. Bekaert heeft geen standaard testgegevens beschikbaar voor staalvezels in hogesterktebeton. Tot slot Tijdens het gesprek heb ik veel nieuwe dingen geleerd over staalvezelbeton die ik kan gebruiken in mijn afstudeerproject. Doordat Anne mij gedurende het afstuderen wil begeleiden kan ik specifieke testresultaten van de Dramix vezels gebruiken voor berekeningen in hybride- en staalvezelbeton. Hier ben ik Bekaert en in het bijzonder Anne Hoekstra erg dankbaar voor. Bibliografie [7] [8] Dramix - De toekomst versterken, Bekaert 167