RAPPORT 56. onderwaterbeton. COMMISSIE VOOR UlTVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETONVERE,:!;'>.,;IING..

Transcriptie

1 RAPPORT 56 onderwaterbeton COMMISSIE VOOR UlTVOERING VAN RESEARCH INGESTELD DOOR DE BETONVERE,:!;'>.,;IING..

2 ONDERZOEKINGSCOMMISSIES (1972) COMMISSIE A7 A 12 A 13 A 16 A 17 A 18 A 19 A 20 A 21 A 23 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. Krachtsverdeling in platen met verstijvingsribben in de overspanningsrichting. Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. Veiligheid. Stabiliteit. Pons. Statisch onbepaalde constructies voor skejetten en doorgaande balken. Dynamische problemen in de bouw. Onderzoek naar de oplegreacties van vierzijdig ondersteunde platen. Sterkle en stijfheid van kolommen. COMMlSSIE B 3 B 4 B7 B 8 B 8a B 9 B 10 B 13 B 14 B 15 B 16 B 17 B 18 B 19 Niet destructief onderzoek van OOton. Onderzoek van OOlonstaal. Onderzoek van technologische invloeden op scheurvorming in beton. Onderzoek naar het lijmen van betonelementen. Onderzoek van chemisch-fysische problemen bij het lijmen van beton. Onderzoek toevoegingen aan betonmortel. Onderzoek naar de invloed van krimp van cement op beton. Afwerking van beton in de buitenlucht. Kwaliteitscontrole van beton. Het optimaal samenstejlen van betonmengsels. Reparaties aan betonconstructies. Ontkistingsmiddelen. Nieuwe betonsoorten. Dekking lichtbeton. COMMISSIE C4 C 11 C 14 C 15 C 16 C 17 C 18 C 19 C 20 C 21 C 22 C 23 C 24 C 25 C 26 C 27 C 28 Onderzoek van de brandveiiigheid van voorgespannen betonconstructies. Voorgespannen betonverharding. Voegen bij wandelementen. Samengestelde liggers. Lasverbindingen. Het onder water storten van betonconstructies. Toleranties voor betonwerk. Samenwerking prefab liggers met. ter plaatse geston beton. Vermijden van hinderlijke scheurvorming ten gevolge van krimp- en temperatuurwisselingen. Lage wapeningspercentages. Gedeeltelijk voorgespannen betan. Bouwpane]en. Doorbuigingen. Lasbaarheid betonstaal. Voorspankabels zonder aanhechting. Voegmortels. Constructiedetails. COMMISSIE E 2 Rationalisatie betonwapening. De commissies AI, 2,3,4,5, 6,8,9, 10,11, 14,15,22,' B 1,2,5,6, 11, 12; C 1,2,3,5,6, 7,8,9,10, 12, 13,' D 1, 2,3,' E 1 zijn na het uitbrengen van een onderzoekingsrapport opgeheven.

3 onderwaterbeton ONDERZOEK UITGEVOERD DOOR HET INSTITUUT TNO VOOR BOUWMATERIALEN EN BOUWCONSTRUCTIES

4 VOORWOORD De commissie C 17 "Onder water maken van beton" begon in 1966 haar werkzaamheden met literatuuronderzoek. Dank zij medewerking uit binnen- en buitenland kon ook over niet gepubliceerde gegevens worden beschikt. Het was met mogelijk om met de beschikbare gegevens een verband te leggen tussen betonsamenstelling, uitvoeringsmethode en uiteindelijke betonkwaliteit, zodat verder onderzoek moest worden uitgevoerd. Voor de invloed van de betonsamenstelling werden laboratoriumproeven bij het IBBC-TNO uitgevoerd. De factor uitvoering kon worden beoordeeld aan de hand van boorkernen afkomstig van bouwwerken, waarvoor veel dank is verschuldigd aan die instantiesdie hiertoe hun medewerking verleenden. Het stromingsbeeld van betonspecie die door middel van een pijp wordt gestort, werd door ir. G. E. J. S. L. VOITUS VAN HAMME en H. VAN KOTEN theoretisch beschreven. De samenstelling van de commissie was: Ir. J. H. VAN LOENEN, voorzitter Ir. P. D. STEIJAERT, secretaris J.BooN Ir. L. A. JONKER Ir. C. VAN DE KERK J. F. Th. LEM, ing. Bij de instelling van de commissie werd J. BOON als secretaris benoemd. In 1970 werd hij opgevolgd door de huidige secretaris, die ook het voorliggende rapport heeft geschreven. december 1972 De Commissie voor Uitvoering van Research 3

5 INHOUD Hoofdstuk 1 ALGEMENE BESCHOUWING. 1.1 Inleiding Historisch overzicht Waarom onderwaterbeton? 1.4, Kwaliteitsaspecten Kwaliteitsbeoordeling Hoofdstuk STORTMETHODEN Boven water vervaardigde betonspecie Contractormethode Pompmethode Hydroventielmethode Kubelmethode. Injectiebeton Prepaktbeton Colcretebeton Verpakte betonspecie Boven water verpakte betonspecie Onder water verpakte specie Prefab-beton dat onder water wordt geassembleerd. Beton gestort onderbentoniet-dikspoeling o Hoofdstuk Hoofdstuk BETONSAMENSTELLING Consistentie..... Toeslagmateriaal Cement.. Hulpstoffen.... EIGENSCHAPPEN VAN ONDERWATERBETON. Krimp en kruip Elasticiteitsmodulus Druksterkte en homogeniteit Splijttreksterkte en aanhechting. Waterdichtheid Vlakheid van het betonoppervlak Hoofdstuk 5 STROMINGSBEELD V AN MET EEN PUP GESTORTE BETONSPECIE 44 4

6 Hoofdstuk 6 Hoofdstuk 7 KOSTEN VAN ONDERWATERBETON. SAMENVATTING EN CONCLUSIES Zusammenfassung und Folgerungen Resume et conclusions Summary and conclusions LUST VAN GERAADPLEEGDE LITERATUUR

7 HOOFDSTUK 1 ALGEMENE BESCHOUWING 1.1 Inleiding De betonsamenstelling en de wijze waarop de betonspecie onder water wordt gebracht, hebben invloed op de uiteindelijke kwaliteit van het onderwaterbeton en op de kostprijs. Pas wanneer de samenhang tussen de stortmethode en de resulterende betonkwaliteit bekend is, kan voor elk van de stortmethoden een ontwerp worden gemaakt, dat steunt op de te bereiken betonkwaliteit en de functies die het onderwaterbeton dient te vervullen, zodat tenslotte de meest economische oplossing kan worden gekozen. Een dergelijke benadering vereist een ruime kennis van de materie die siechts door een grondige literatuurstudie en door het uitvoeren van praktische proeven kan worden bereikt. Dit Iaatste is noodzakelijk omdat vergeiijkende onderzoekingen op dit gebied nagenoeg ontbreken. De commissie heeft getracht de ontbrekende kennis aan te vullen met dit rapport, waarin de gegevens zijn verwerkt van: - een literatuurstudie betreffende verschillende methoden van onder water storten van beton en de daarmee verkregen resultaten; - een door de commissie verricht onderzoek aan cilinders afkomstig uit onder water gestort beton; - een door de commissie ingesteld onderzoek naar het effect van anti-uitspoelmiddelen op de cementuitspoeling en de sterkte van het beton; - een onderzoek naar eenheidsprijzen van onderwaterbeton gestort volgens verschillende methoden; - een rekenkundige verklaring voor het gedrag van beton dat door middel van een pijp onder water wordt gestort. 1.2 Historisch overzicht Reeds in het. begin van ODze jaartelling, zo blijkt uit de boekenover de bouwkunst van VITRUVIUS [1], verstonden de Romeinen de kunst om funderingen onder water te maken. Met een "wonderbaarlijk poeder" nit de omstreken van Bajae (waarschijnlijk puzzolaan), kalk en stenen werden mengsels vervaardigd die onder water versteenden. De wijze waarop deze mengsels onder water werden gebracht, wordt door VITRUVIUS niet vermeld. 7

8 In 1856 werden door KINIPPLE [2] experimenten uitgevoerd met onderwaterbeton, terwijl in 1885 volgens een verslag van HEuDE [3] beton onder water werd gestort met behulp van een houten stortkoker. Bij de eerste toepassingen werd de betonspecie door middel van een pijp (tremie) onder water gebracht. Grote projecten uit die eerste periode waarbij onderwaterbeton werd gebruikt, ~ijn de Detroit-Rivertunnel in 1906 en een droogdok in Pearl-Harbour, In 1911 werd deze stortmethode, na hierop enige wijzigingen te hebben aangebracht, door de Zweedse bouwonderneming Contractor gepatenteerd en is sindsdien bekend onder de naam contractormethode. Naast het storten met behulp van pijpen werd betonspecie ook onder water gestort met speciaal daarvoor ingerichte stortbakken. In het begin van de jaren dertig heeft BOONSTRA [4] reeds een uitgebreid vergelijkend onderzoek verricht naar de kwaliteit van onderwaterbeton, dat volgens de contractormethodeen de bakkenmethode werd gestort. Deze laatste stortmethode (tegenwoordig ook wel kubelmethode genoemd) werd in Nederland toen reeds veelvuldig toegepast. In de buitenlandse literatuur daarentegen wordt de bakkenmethode praktisch niet vermeld. Met de ontwikkeling van de techniek van het verpompen, ontstond de mogelijkheid om betonspecie met behulp van een pompleiding rechtstreeks onder water te brengen. Deze zogenaamde pompmethode is te beschouwen als een variant op de contractormethode en vindt tegenwoordig steeds meer toepassing. Eveneens van recente datum zijn die methoden waarbij de holle ruimten in een tevoren aangebracht grindskelet met injectiemortel worden gevuld. Deze werkwijze wordt gevolgd bij de colcretemethode [5] en bij de prepaktmethode [6]. Bij beide methoden is sprake van een gepatenteerde wijze van samenstellen of mengen van de mortel. Een nieuwe methode voor het onder water brengen van betonspecie werd in 1969 in Nederland ontwikkeld; hierbij wordt gebruik gemaakt van een samendrukbare stortpijp en een starre stortmond. Het geheel draagt de naam hydroventiel [7]. Tot nu toe zijn slechts een paar objecten volgens deze methode uitgevoerd. Volledigheidshalve moet worden vermeid dat in bijzondere gevallen "onderwaterbeton" werd vervaardigd door tussen lagen weefsel mortelspecie te injecteren [8]. Het onder water plaatsen van zakken gevuld met betonspecie [9] is een hulpmethode die onder andere wordt gebruikt om plaatselijke openingen af te dichten. 1.3 Waarom onderwaterbeton? Wanneer betonspecie boven water wordt gestort, zijnde mogelijkheden voor het bereiken van een hoge kwaliteit ruimschoots aanwezig. Het gebruik van verdichtingsapparatuur maakt het mogelijk betonspecies met een lage water-cementfactor te kunnen verwerken. Bovendien kan tijdens het storten controle worden uitgeoefend waardoor eventuele fouten direct kunnen worden gecorrigeerd. Wanneer betonspecie onder water wordt gestort, dan ontbreken deze mogelijkheden, terwiji bovendien nog uitspoeling van cement en fijne delen kan optreden. 8

9 Het besluit om toch een constructie-(onderdeel) uit te voeren in onderwaterbeton, kan op grond van verschillende overwegingen worden genomen, bij voorbeeld ter vermijding van een bij uitvoering in den droge noodzakelijke en dure bronbemaling en de mogelijk daaruit voortvloeiende zettingsverschijnselen. Wanneer onderwaterbeton in een tevoren geheide kuip wordt toegepast (een kuip is niet altijd noodzakelijk), kunnen vier functies aan dit beton worden toegekend: - het weerstaan van de opwaartse waterdruk nadat de kuip is drooggepompt; - het verzekeren van een_waterdichte bodemafsluiting, :lodat de verdere bouw in den droge kan plaatsvinden; -- het geven van zijdelingse steun aan de droogvallende kuipconstructie; - het overdragen van de belastingen op tevoren geheide palen of rechtstreeks op de ondergrond. 1.4 Kwaliteitsaspecten Wanneer betonspecie onder water wordt gestort, zal door snelheidsverschillen aan de grens betonspecie/water, uitspoeling van fijne delen plaatsvinden. De mate van uitspoeling zal enerzijds afhangen van het vermogen van de betonspecie het bind~ middel vast te houden (betonsamenstelling) en anderzijds worden beinvloed door-de grootte van de optredende snelheidsverschillen (stortwijze; stilstaand of stromend water) en de mate waarin tijdens het storten nieuw grensvlak betonspecie/water wordt gevormd. Wanneer uitspoeling optreedt, zal dit resulteren in een grindnestachtig beton, dat minder vast is van structuur. In het ergste geval zijn de uitspoelingen zo sterk dat losse grindlagen worden gevormd, die overigens meestal van geringe dikte zijn. Deze inhomogeniteiten bepalen in sterke mate de kwaliteit van de onderwaterbetonconstructie. 1.5 Kwaliteitsbeoordeling De in de literatuur genoemde sterktecijfers hebben praktisch altijd betrekking op beton zop.der grindnesten, hetgeen voor de hand ligt. Het uitboren van cilinders door losse grindlagen is praktisch onmogelijk, terwijl bovendien de cilinders na het boren vaak breken op zwakke lagen, zodat bij het verzagen van de cilinders deze zwakke plaatsen wegvallen. Dergelijke cijfers geven eigenlijk de potentiele sterkten weer. Maar wat is de prak- tische betekenis ervan, indien er plaatselijk sterkten voorkomen die nagenoeg gelijk zijn aan nul? Voor een goede beoordeling van de kwaliteit van onderwaterbeton is dus informatie nodig omtrent de sterkte en de homogeniteit. Bij het door de commissie ingestelde onderzoek aan boorkernen, afkomstig uit in de praktijk onder water gestort beton, werd daarom de betonkwaliteit vastgelegd door: 9

10 - sterkte druksterkte, gemiddelde en standaardafwijking, splijttreksterkte, gemiddelde en standaardafwijking; - homogeniteit het aantal onsamenhangende lagen per strekkende meter uitgeboor. de cilinder. Zoals in hoofdstuk 4 zal blijken, is de homogeniteit van onderwaterbeton sterk afhankelijk van de gevolgde stortmethode. Hieruit mag niet worden geconcludeerd dat alleen methoden waarmee een homogeen beton kan worden verkregen, aanvaardbaar zijn. Indien bij voorbeeld alleen maar een waterdichte kuipbodem wordt verlangd, vormen gelsoleerde grindlagen geen enkel bezwaar. 10