RAPPORT. o r- STICHTING COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETONVERENIGING

Transcriptie

1 RAPPORT s I o r- STICHTING COMMISSIE VOOR UITVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETONVERENIGING

2 ONDERZOEKINGSCOMMISSIES (1978) CoMMISSIB A 7 At3 A16 A19 A21 A24 A26 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. Veiligheid. Statisch onbepaalde constructies voor skeletten en doorgaande balken. Onderzoek naar de opiegreacties van vierzijdig ondersteunde platen. Plastische scharnieren. Betonmechanica. CoMMISSIB B 4 B 14 B 16 B 17 B 18 B20 B 21 B22 B 23 B24 Onderzoek van betonstaal. KwaliteitscontroIe van beton. Reparaties aan betonconstructies. OntkistingsmiddeIen. Nieuwe betonsoorten. Beton bij afvalwaterzuiveringsinstallaties. Transporteren van betonspecie. Verontreiniging toeslagmateriaien. Duurzaamheid maritieme constructies. Hergebruik van cementslib als vuistof in beton. COMMISSIE C 15 Staal-beton liggers. C 15A Staal-beton kolommen. C 16 Lasverbindingen..C 18 Toleranties voor betonwerk. C 19 Samenwerking prefab liggers met ter plaatse gestort OOton. C 24 Doorbuigingen. C 26 Voorspankabels zonder aanhechting. C 26A Corrosiebescherming voorspankabels zonder aanhechting. C 27 Voegmortels. C 28 Constructiedetails. C 29 Invloed van spatten op de brandwerendheid van betod. PC 30 Triaxiaal voorgespannen beton. C 31 Constructief onderwaterbeton. C 32 Aanvangsspanningen bij voorgespannen lichtbeton. C 33 Wisselbelasting. C 34 Betondekking. C 35 Beton onder stootbelasting. PC 36 Sterkte van buizen. C 37 Erosie van OOton. C 38 Spanningen in betonconstructies, veroorzaakt door warmteontwikkeling tijdens het verhardingsproces. C 39 Lawaai bij het verwerken van betonspecie. C 40 Lasbaarheid betonstaal FeB 500. C 41 Betonconstructies bij brand. CoMMIBSIE E 2 Rationalisatie van de wapening.

3 scheurvorming door krimp en temperatuur.wisseling in wanden ~... : ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES

4 De Stichting sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade voortvloeiende uit het gebruik van de in deze publikatie vervatte gegevens. ISBN

5 VOORWOORD Dit rapport bevat een verslag van een onderzoek, verricht door commissie C 20 "Vermijden van hinderlijke scheurvormingten gevolge van krimp en temperatuurwisselingen". Scheurvorming is reeds vele malen onderwerp van studie geweest, echter ten aanzien van maatregelen ter beperking van het type zoals hier bedoeld, is nog te weinig bekend. Vooral over het effect van extra wapening op de scheurvorming bestaat verschil van inzicht. De commissie heeft op dit punt zowel theoretisch als experimenteel onderzoek verricht en een methode voor het berekenen van de te verwachten scheurwijdte aangegeven. De methode is toegelicht in de vorm van rekenvoorbeelden. Met deze publikatie zijn uiteraard niet alle problemen opgelost, echter de commissie hoopt hiermee bij te dragen in het inzicht in de problematiek. Bij het beeindigen van de werkzaamheden was de samenstelling van de commissie: ir. A. J. CRR. DEKKER, voorzitter ing. H. STOFFERS, secretaris ir. A. B. M. VAN DER PLAS ir. B. P. RIGTER ing. J. C. SPOOR ir. W. C. VIS ir. J. G. HAGEMAN, mentor Ten opzichte van de oorspronkelijke samenstelling heeft de commissie enkele wijzigingen ondergaan. Ir. M. DE WATER trok zich in terug uit de commissie en werd opgevolgd door ire B. P. RIGTER. In 1973 trad ing. H. STOFFERS tot de commissie toe als opvolger van de toenmalige secretaris, ir. W. H. DEN BRABANDER die zich in 1976 ook als lid terugtrok. Eveneens in 1976 leed de commissie een ernstig verlies door het overlijden van het commissielid ing. J. BOON. Het onderzoek is uitgevoerd bij het Instituut TNO voor Bouwmaterialen en Bouwconstructies. Het experimentele gedeelte stond destij ds onder leiding van ing. J. BOONt, ir. W. H. DEN BRABANDER en ing. H. STOFFERS. Het theoretische gedeelte is uitgevoerd door ing. H. STOFFERS.

6 Het rapport is geschreven door ing. H. STOFFERS met uitzondering van bijlage B die door het commissielid ir. B. P. RIGTER is geschreven. Deze bijlage bevat een theoretische scheurvormingsbeschouwing vanuit een enigszins andere gezichtshoek als in het eerste gedeelte van het rapport is gehanteerd. november 1978.De Stichti1?-g Commissie yoor Uitvoering van Research

7 INHOUD NOTATIES. 7 Hoofdstuk 1 INLEIDING 9 Hoofdstuk 2 Hoofdstuk 3 SCHEURVORMING IN WANDEN VAN TUNNELS, KELDERS E.D. SCHEURVORMING IN UITKRAGENDE BALKONS E.D Hoofdstuk 4 GEVOLGEN VAN DE SCHEURVORMING... '. 15 Hoofdstuk 5 SCHEURBEPERKENDE MAATREGELEN Extra wapening , Technologische en andere voorzieningen 16 Hoofdstuk 6 SPANNINGSVERDELING IN EEN WAND IN HET ONGESCHEURDE STADIUM '18 Hoofdstuk 7 KROMMINGSTHEORIE 22 Hoofdstuk 8 EXPERIMENTEEL ONDERZOEK Inleiding Proefseries Beproevingswijze Beproevingsresultaten Vervormingen Scheurvorming Scheurwijdte Maximale scheurwijdte Conclusies 37 Hoofdstuk 9 SCHEURVORMINGSTHEORIE AIgemeen Scheurvorming in eenaan"de uiteinden vastgehouden element van gewapend beton Invloed van de vloer op de scheurvorming Geldigheid van de theorie 45

8 Hoofdstuk 10 Hoofdstuk 11 TOETSING VAN DE KROMMINGS- EN SCHEURVORMINGSTHEORIEEN 47 SCHEURWIJDTE OP DE LANGE DUUR Hoofdstuk 12 INVLOED VAN DE BEDDING OP DE KROMMING. 51 Hoofdstuk TOEPASSING VAN DE SCHEURVORMINGSTHEORIE IN DE PRAKTIJK 53 In te voeren materiaaleigenschappen.. 53 Treksterkte en aanhechtsterkte EIasticiteitsmodulus ToeIaatbare scheurwijdte Berekening van de wapening Verdeling van de wapening over de wandhoogte. 60 Hoofdstuk REKENVOORBEELDEN Uitkragende balkonpiaat, rijwielpad e.d. KeIderwand Tunnelwand Hoofdstuk 15 SAMENVATTING EN CONCLUSIES BijIage BijIage A B FORMULES VOOR DE "EXACTE" BEREKENING VAN DE KROMMING 79 FormuIes voor de wand 79 Formules voor het dek. 79 Formules voor de vioer 80 MATHEMATISCH MODEL VOOR DE INVLOED VAN DE VLOER OP DE SCHEURVORMlNG Ongewapende rechtblijvende wanden Ongewapende rechtblijvende wanden, scheurafstand nabij de vioer Ongewapende gekromde wanden 86 Gewapende wanden Naschrift Bijlage c Literatuurlijst ZusammenJassung und Folgerungen Resume et conclusions Summary and conclusions

9 NOTATIES Aan een symbool - hiervoor is een denkbeeldige grootheid i gekozen - kunnen naar behoefte onderstaande indices worden toegevoegd~ id i v i w de grootheid i heeft betrekking op het dek van een tunnel, kelder e.d. de grootheid i heeft betrekking op de vloer van een tunnel, kelder e.d. de grootheid i heeft betrekking op de wand van een tunnel, kelder e.d. Aa oppervlakte van de doorsnede van de langswapening Ab oppervlakte van de bruto betondoorsnede a ongescheurde hoogte van de betondoorsnede van de wand b (meewerkende) breedte van de betondoorsnede d totale dikte van de betondoorsnede c betondekking op de langswapening Ea elasticiteitsmodulus van betonstaal E b elasticiteitsmodulus van beton bij trek E~ elasticiteitsmodulus van beton bij druk fa rekenwaarde voor de treksterkte van betonstaal fb rekenwaarde voor de treksterkte van beton fbu uiterst opneembare waarde van de treksterkte van beton fd aanhechtsterkte tussen staal en beton fdu uiterst opneembare waarde van de aanhechtsterkte h t totale hoogte van de betondoorsnede h w totale hoogte van het boven de vloer gelegen gedeelte van de wand van een tunnel, kelder e.d. h Wb hoogte van de betondoorsnede van een aan de bovenzijde van de wand liggende strook met gereduceerde wapening h wo hoogte van de betondoorsnede van een aan de onderzijde van de wand liggende strook met gereduceerde wapening I traagheidsmoment van een doorsnede L lengte van een element Al y gemiddelde scheurafstand op een afstand y vanaf de vloer M buigend moment N normaaltrekkracht N' normaaldrukkracht N s normaaltrekkracht waarbij scheurvorming optreedt n verhouding tussen de elasticiteitsmodulussen van staal en beton w gemiddelde scheurwijdte (korte duu!) W toelaatbare gemiddelde scheurwijdte 7

10 ]( aantal scheuren y afstand tot de vioer z lengte van een gebied met aanhechtspanningen ter weerszijden van een scheur e specifieke vervorming e~ specifieke stuik van het beton aan de bovenzijde van de wand B sv specifieke rek waarbij het scheurpatroon is voltooid B u maximale rek van het beton L1 B v vervormingsverschil ten gevolge van krimp en/of temperatuur B w belemmerde verkorting van de wand ter plaatse van de aansiuiting met de vioer By specifieke rek in de wand op een afstand y vanaf de vioer (Jas optredende normaaitrekspanning in het staai ter piaatse van een scheur (Jb optredende normaaitrekspanning in het beton tussen twee scheuren ill reiatieve hoeveeiheid Iangswapening in een totaie rechthoekige doorsnede = Aa/bh t (00 (jj in procenten wmin minimaai vereiste reiatieve hoeveeiheid Iangswapening in een totaie rechthoekige doorsnede ID r reiatieve hoeveeiheid Iangswapening in de betondoorsnede van de met h Wb en h wo aangeduide wandstroken kenmiddeilijn van een giadde of geprofiieerde staaf o k 8

11 HOOFDSTUK 1 INLEIDING Het kiezen van juiste maatregelen om in de bouw scheurvorming te voorkomen, te beperken dan wel te herstellen, vormt een geregeld terugkerend probleem. Soms kunnen er over de noodzaak tot het nemen van maatregelen meningsverschillen bestaan, maar die kunnen worden ondervangen door op technische gronden gebaseerde eisen te stellen aan de mate van scheurvorming. Wel is het dan gewenst een duidelijk inzicht te hebben in het effect van de maatregel. Dit inzicht ontbreekt dikwijls, vooral in gevallen waarbij scheuren worden veroorzaakt door krimp en temperatuurwisseling. In de praktijk blijken zulke gevallen nu juist vaak voor te komen bij tunnels, sluizen en kelders. Meestal vertonen deze constructies reeds in het bouwstadium verticale scheuren in de wanden en eventueel in het dek (zie fig. 1). Maar ook in de gebruiksfase komt dit type scheurvorming nogal eens voor in uitkragende balkons (zie fig. 2) en in uitkragende voet- en rijwielpaden van bruggen en viaducten. Een veel toegepaste maatregel in deze constructies is het aanbrengen van extra wapening loodrecht op de richting van de verwachte scheuren. Hierdoor kan scheurvorming niet worden voorkomen, maar men denkt de scheurwijdten op deze wijze wel te kunnen beperken tot aanvaardbare waarden. Over het effect van de maatregel wordt verschillend geoordeeld, wat onder meer blijkt uit de in de praktijk toegepaste wapeningspercentages, die varieren van 0,1 a 0,2% tot meer dan 1,0% van de betondoorsnede. Ter verbetering van het inzicht hierin heeft de commissie de samenhang tussen de hoeveelheid wapening en de optredende scheurwijdten nader onderzocht. Hiertoe is later gestort eerst gestort Fig. 1. Scheuren in tunnelwanden. Cracks in tunnel walls. 9