Druksterkte van lijmwerkwanden *

Transcriptie

1 Seenconsrucies Onwerpen en dimensioneren van seenconsrucies (8) Drukserke van lijmwerkwanden * prof.ir.-arch. D.R.W. Marens, Leersoel Sapelbouw TU/e; Sudiebureau Dirk Marens bvba, Zingem (B) He verlijmen van blokken en elemenen voor dragende wanden is nie nieuw. Kalkzandseenelemenen en cellenbeonblokken worden reeds sinds vele jaren me succes verlijmd. Consrucief lijmwerk me keramische blokken daarenegen is een onwikkeling van he laase decennium erwijl lijmwerk me beonblokken in Nederland nog in de kinderschoenen saa. Als belangrijk voordeel van lijmwerk word dikwijls de hogere drukserke genoemd, maar is deze eigenschap wel geldig voor alle seenypen? Een vergelijking ussen de heoreische drukserke van lijmwerk en meselwerk in cellenbeon, kalkzandseen, bakseen en beonseen kan hierover enig uisluisel geven. meselwerk en lijmwerk volgens de Europese norm voor seenconsrucies Eurocode 6 [2] dienen de volgende formules e worden gebruik: meselwerk: f k = K f b 0,7 f m 0,3 lijmwerk: f k = K f b 0,85 (1) (2) Lijmwerk als nieuwe bouwechniek ken seeds meer succes. Di beref nie alleen buienspouwbladen van gebouwen, maar eveneens dragende binnenwanden. In egenselling o gevellijmwerk waarbij esheiek de drijvende krach is, zijn bouwfysische, mechanische en renabilieiseisen de belangrijkse moieven voor onwikkeling van lijmwerk bij binnenwanden. Dankzij de hogere heching ussen lijmmorel en seen is de buigrekserke van lijmwerk aanmerkelijk hoger dan van meselwerk, maar gaa deze redenering ook op voor de drukserke? Verlijmen van cellenbeonblokken Bij cellenbeon heef lijmwerk een dubbel voordeel en opziche van meselwerk. Indien cellenbeon word oegepas omwille van de gunsige hermische eigenschappen, is he voor de hand liggend om de nadelige invloed van de meer hermisch geleidende morelvoeg e minimaliseren. He verlijmen van de blokken me een voegdike van amper 1 à 3 mm bied hiervoor een geschike oplossing. Voor he realiseren van dergelijke dunne voegen word meesal een lijmkam gebruik (foo 1). Dankzij he vlakke oppervlak van de cellenbeonblokken kan hiermee de lijmmorel egaal over he elemen worden verdeeld. He verhogen van de draagkrach door he verlijmen van cellenbeonblokken is een weede gunsig effec van deze uivoeringsechniek. Volgens de Nederlandse norm NEN 6790 (TGB Seen) [1] bedraag de represenaieve drukserke van lijmwerk opgebouwd ui cellenbeonblokken me een gemiddelde seendrukserke van 4,5 en 6,8 N/mm 2, respecievelijk 3,0 en 4,3 N/mm 2. Voor de berekening van de karakerisieke drukserke van f k is de karakerisieke drukserke van he meselwerk of lijmwerk (in N/mm 2 ); f b is de gemiddelde drukserke van de seen (in N/mm 2 ); f m is de gemiddelde drukserke van de morel (in N/mm 2 ); K is een facor afhankelijk van he ype seen (abel 3.3 in Eurocode 6). Aan de hand van deze formules kan een vergelijking worden gemaak ussen de heoreische karakerisieke drukserke van lijmwerk en meselwerk. Voor de bepaling van de K-waarden worden de senen ingedeeld in vier groepen, afhankelijk van he volumegehale aan holen. Groep 1 omva de senen waarbij he oale volume holen kleiner is dan 25%, erwijl bij senen van de groepen 2 o en me 4 meer perforaies aanwezig zijn (abel 3.1 in Eurocode 6). Aangezien alleen volle cellenbeonblokken worden geproduceerd, zijn bij de vergelijking van de drukserke van lijmwerk versus meselwerk in abel 1 alleen senen van groep 1 in ogenschouw genomen. Ui deze abel blijk da volgens de Europese voorschrifen de op- 1 Verlijmen van cellenbeon me de lijmkam * Di is he laase van een drieal arikelen over Verlijmde seenconsrucies. De vorige delen verschenen in Cemen 2001 nr. 8 en Cemen 2002 nr. 2. cemen

2 Seenconsrucies Tabel 1 Karakerisieke drukserke van lijmwerk versus meselwerk van cellenbeonseen volgens Eurocode 6 (in N/mm 2 ) groep gemiddelde gemiddelde K karaker. K karaker. verhouding seendrukserke moreldrukserke meselwerk drukserke lijmwerk drukserke lijmwerk/ meselwerk lijmwerk meselwerk 1 4,5 5 0,55 2,55 0,80 2,87 1,12 4,5 10 0,55 3,14 0,80 2,87 0,91 6,8 5 0,55 3,41 0,80 4,08 1,20 6,8 10 0,55 4,20 0,80 4,08 0,97 2 Hijsmiddelen voor he verlijmen van kalkzandseenelemenen (foo links) 3 Lijmbak voor he verlijmen van kalkzandseenelemenen (foo rechs) neembare drukkrachen bij lijmwerk groer zijn dan bij meselwerk van cellenbeon. Tevens kan worden vasgeseld da de karakerisieke drukserke van cellenbeonlijmwerk volgens Eurocode 6 ies lager is dan de represenaieve serke overeenkomsig de Nederlandse norm. De karakerisieke waarde van de drukserke is evenwel nie he enige geal da de uieindelijke rekenwaarde van de draagkrach van de wand bepaal. Een eerlijke vergelijking ussen de heoreische draagkrach conform Eurocode 6 en NEN 6790 dien ook rekening e houden me de gebruike belasings- en maeriaalfacoren die corresponderen me beide normen. Verlijmen van k alkzandseen He verlijmen van kalkzandseenblokken en -elemenen is een echniek die in Nederland algemene bekendheid genie omwille van de gunsige mechanische eigenschappen. Dankzij de groe draagkrach van kalkzandseenlijmwerk kunnen in di maeriaal middelhoge gebouwen probleemloos worden uigevoerd. De populariei van deze bouwechniek heef ook e maken me de verregaande mechanisering van de verwerking van kalkzandseenelemenen. Door de onwikkeling van geschike hijsmiddelen (foo 2) en hulpmiddelen voor he verlijmen (foo 3), heef kalkzandseen als consrucief maeriaal een belangrijk markaandeel ween e veroveren. En de ijd saa nie sil: he bouwen van dragende wanden in geprefabriceerd kalkzandseenlijmwerk is in volle onwikkeling. Hierdoor kan he oepassingsgebied van kalkzandseen nog verder worden uigebreid. De berekening van de draagkrach van lijmwerkwanden in kalkzandseen is in NEN 6790 goed geregeld. Op basis van de gemiddelde drukserke van de kalkzandseenblokken en -elemenen kan via abel 1 van deze norm de drukserke van he lijmwerk worden bepaald. Voor een gemiddelde seendrukserke van 15 en 25 N/mm 2 bedraag de represenaieve drukserke van he lijmwerk respecievelijk 6,0 en 8,5 N/mm 2. Volgens Eurocode 6 dien de berekening van de karakerisieke drukserke van kalkzandseenlijmwerk op eenzelfde manier e gebeuren als bij cellenbeon (abel 2). Bij volle kalkzandseenelemenen blijk de heoreische drukserke van kalkzandseenlijmwerk o 30% hoger e zijn dan van meselwerk. Een vergelijking ussen de waarden ui NEN 6790 en Eurocode 6 oon evens aan da de karakerisieke drukserke volgens Eurocode 6 o 30% hoger kan zijn dan de represenaieve drukserke volgens NEN De inroducie van Eurocode 6 zal voor de kalkzandseenindusrie duidelijk geen windeieren leggen. Verlijmen van bakseen Sinds enkele jaren is ook bij de bakseenindusrie ineresse onsaan om dragende wanden ui e voeren in lijmwerk, voornamelijk in Duisland en België. He lijmwerk word meesal gerealiseerd me serk geperforeerde blokken (snelbouwblokken), die he liche gewich en de isolerende eigenschappen als voordeel hebben. De voornaamse reden voor he inroduceren van he lijmen van geperforeerde keramische blokken is he verhogen van he rendemen bij de uivoering. Hieroe werd de geomerie van de klassieke blokken aangepas. He verlijmen vereis immers kleine oleranies, die bij een gebakken produc moeilijk realiseerbaar zijn. Om de maavasheid e kunnen garanderen worden de legvlakken van de senen vlak en parallel geslepen. Een weede 84 cemen

3 Seenconsrucie Tabel 2 Karakerisieke drukserke van lijmwerk versus meselwerk van kalkzandseen volgens Eurocode 6 (in N/mm 2 ) groep gemiddelde gemiddelde K karaker. K karaker. verhouding seendrukserke moreldrukserke meselwerk drukserke lijmwerk drukserke lijmwerk/ meselwerk lijmwerk meselwerk ,50 6,64 0,80 7,99 1, ,5 0,50 7,10 0,80 7,99 1, ,50 9,50 0,80 12,34 1, ,5 0,50 10,15 0,80 12,34 1, ,45 5,98 0,55 5,50 0, ,5 0,45 6,39 0,55 5,50 0, ,45 8,55 0,55 8,48 0, ,5 0,45 9,14 0,55 8,48 0,93 aanpassing heef berekking op de vorm van de kopse kanen van de blokken. Aangezien he verlijmen van de soovoegen moeilijk en ijdrovend is, zijn de kopse kanen van de blokken me een veranding uigevoerd, waardoor he verlijmen van de soovoegen overbodig word. De luchdichheid van he binnenspouwblad moe dan volledig door he pleiserwerk worden verzekerd. Di is mogelijk dankzij de vormsabiliei van de keramische senen. Voor de uivoering van he lijmwerk zijn door de diverse fabrikanen verschillende lijmechnieken onwikkeld. In Duisland gebeur he verlijmen meesal door he dompelen van de blokken in een lijmmorelbad (foo 4), erwijl in België de lijmrol werd geïnroduceerd (foo 5). De dompelechniek is alleen oepasbaar bij vuil werk, erwijl me de lijmbakechniek eveneens schoon lijmwerk kan worden gerealiseerd. Kenmerkend voor beide echnieken is de zeer dunne lijmvoeg die maximaal 2 mm bedraag. Di heef o gevolg da he lijmmorelverbruik heel laag is en da he bouwafval veel beperker is dan bij radiioneel meselwerk. Sinds enkele jaren is de bakseenindusrie ook volop bezig me he onwikkelen van echnieken voor he vervaardigen van geprefabriceerde verlijmde wanden. In di geval kan he bouwafval nog verder worden verminderd. Voor de berekening van verlijmde geperforeerde bakseenblokken zijn in de Nederlandse norm geen voorschrifen opgenomen. De heoreische bepaling van de drukserke kan wel geschieden volgens Eurocode 6 door oepassing van formules (1) en (2) me gebruik van de specifieke K- waarden als funcie van de perforaiegraad van de blokken. In een eerdere versie van Eurocode 6 waren de K-waarden heel ongunsig voor bakseenlijmwerk me serk geperforeerde blokken [3], maar in de laase versie zijn deze aangepas o meer realisische waarden. In abel 3 is een vergelijking gemaak ussen de karakerisieke drukserke van lijmwerk en meselwerk van bakseen. Lijmwerk me volle baksenen blijk serker e zijn dan meselwerk, erwijl de omgekeerde conclusie van oepassing is op lijmwerk me geperforeerde senen of blokken. De fabrikanen van geperforeerde bakseenblokken zijn evenwel van mening da de drukserke van lijmwerk me senen van de groepen 2 en 3 ook serker is dan van meselwerk. Bijkomend experimeneel onderzoek zal moeen uiwijzen wie he bij he reche eind heef. Verlijmen van beonseen He verlijmen van beonseen voor dragende wanden word momeneel in Nederland nog nauwelijks oegepas. Volgens de Nederlandse norm bedraag de represenaieve drukserke van beonseenlijmwerk me gemiddelde seendrukserke van 15 en 25 N/mm 2, respecievelijk 5,5 en 8,5 N/mm 2. De berekening van de karakerisieke drukserke volgens Eurocode 6 kan plaashebben me dezelfde formules, weliswaar me aangepase K-waarden zoals aangegeven in abel 4. Een blik op deze abel leer da volgens Eurocode 6 lijmwerk van beonblokken in alle gevallen serker is dan meselwerk, in he bijzonder voor blokken die behoren o groep 2. Bovendien is de heore- 4 Verlijmen me dompelechniek 5 Verlijmen me lijmrolechniek cemen

4 Seenconsrucie Tabel 3 Karakerisieke drukserke van lijmwerk versus meselwerk van bakseen volgens Eurocode 6 (in N/mm 2 ) groep gemiddelde gemiddelde K karaker. K karaker. verhouding seendrukserke moreldrukserke meselwerk drukserke lijmwerk drukserke lijmwerk/ meselwerk lijmwerk meselwerk ,50 5,00 0,75 5,31 1, ,5 0,50 5,35 0,75 5,31 0, ,50 6,64 0,75 7,49 1, ,5 0,50 7,10 0,75 7,49 1, ,45 4,50 0,55 3,89 0, ,5 0,45 4,81 0,55 3,89 0, ,45 5,98 0,55 5,50 0, ,5 0,45 6,39 0,55 5,50 0, ,40 4,00 0,45 3,19 0, ,5 0,40 4,28 0,45 3,19 0, ,40 5,31 0,45 4,50 0, ,5 0,40 5,68 0,45 4,50 0, ,35 3,50 0,35 2,48 0, ,5 0,35 3,74 0,35 2,48 0, ,35 4,65 0,35 3,50 0, ,5 0,35 4,97 0,35 3,50 0,70 Tabel 4 Karakerisieke drukserke van lijmwerk versus meselwerk van beonseen volgens Eurocode 6 (in N/mm 2 ) groep gemiddelde gemiddelde K karaker. K karaker. verhouding seendrukserke moreldrukserke meselwerk drukserke lijmwerk drukserke lijmwerk/ meselwerk lijmwerk meselwerk ,55 7,31 0,80 7,99 1, ,5 0,55 7,81 0,80 7,99 1, ,55 10,45 0,80 12,34 1, ,5 0,55 11,17 0,80 12,34 1, ,45 5,98 0,80 7,99 1, ,5 0,45 6,39 0,80 7,99 1, ,45 8,55 0,80 12,34 1, ,5 0,45 9,14 0,80 12,34 1, ,40 5,31 0,60 6,00 1, ,5 0,40 5,68 0,60 6,00 1, ,40 7,60 0,60 9,26 1, ,5 0,40 8,12 0,60 9,26 1,14 ische drukserke volgens Eurocode 6 aanmerkelijk hoger dan berekend volgens NEN Of di al dan nie me de realiei overeensem dien nog verder e worden onderzoch. Vloer-wandineracie volgens Eurocode 6 Als de drukserke van he lijmwerkmaeriaal bekend is, dien voor de berekening van de draagkrach van een lijmwerkwand de invloed van de excenriciei van de belasing e worden bepaald. Hiervoor kan gebruik worden gemaak van een raamwerkberekening of kan men zijn oevluch nemen o de vereenvoudigde mehode die in bijlage C van Eurocode 6 is opgenomen. Aangezien de sijfheid van lijmwerkwanden meesal vrij groo is in vergelijking me de sijfheid van de vloeren, zal de aldus berekende excenriciei over he algemeen groer zijn dan 0,4 maal de dike van de wand. Di impliceer da de eerse-orde excenriciei mag worden berekend uigaande van he rechhoekig spanningsdiagram da in figuur 6 is weergegeven. Omwille van de beperking van de grooe van de gedruke zone o 0,2 maximaal opneembare normaalkrach in di geval gelijk aan: = 0,2 (3) maximaal opneembare normaalkrach van de wand per lenge; 86 cemen

5 Seenconsrucies drukserke van he lijmwerk; is de dike van de wand. Voor zover de rekenwaarde van de drukbelasing kleiner is dan is de serke van de wand er hooge van de oplegging van de vloerplaa verzekerd. Di rekenmodel is gebaseerd op ervaringen me radiioneel meselwerk. Over de krachsverdeling er plaase van de vloerwandaansluiing bij lijmwerk me serk geperforeerde senen is momeneel weinig informaie beschikbaar. Teneinde de geldigheid van he vereenvoudigde rekenmodel volgens Eurocode 6 e conroleren, zullen in de weede helf van 2002 op de TU Eindhoven proeven worden uigevoerd op groe wanden waarop kanaalplaen worden opgelegd. Door middel van mechanische en opische meingen zullen de vervormingen van de wanden en de vloerplaa in deail worden besudeerd, in he bijzonder bij groe excenricieien. Tweede-orde-effec De rekenwaarde van de draagkrach van een lijmwerkwand word nie alleen beïnvloed door de drukserke en de excenriciei van de belasing, maar evenzeer door de slankheid van de wand. Deze invloed dien volgens bijlage E van Eurocode 6 als volg in rekening e worden gebrach: 0,4 = F m (4) F m = A e u?/2 (5) A = 1 2 e mk / (6) u = N d h ef e mk draagvlak 0,2 (7) opneembare normaalkrach per lenge; F m is de reduciefacor voor he weede-orde-effec; is de dike van de wand; drukserke van he lijmwerk; e mk is de excenriciei in he midden van de wand; h ef is de effecieve hooge van de wand (kniklenge). Deze formules zijn iniieel opgeseld voor radiioneel meselwerk en werden zonder afdoende verificaie geëxrapoleerd voor lijmwerk. Aangezien de heching en sijfheid van lijmwerk veel hoger zijn dan van meselwerk, is e verwachen da de invloed van de slankheid op de draagkrach bij lijmwerkwanden kleiner zal zijn. He oepassen van de formules ui Eurocode 6 mag bijgevolg als een veilige benadering worden beschouwd. Conclusies Lijmwerk voor dragende binnenwanden bied een aanal belangrijke voordelen en opziche van meselwerk. Ui de voorschrifen in Eurocode 6 blijk da de draagkrach van lijmwerk meesal groer is dan van meselwerk, me uizondering van lijmwerk me geperforeerde blokken. Voor de berekening van kalkzandseenen cellenbeonlijmwerk besaan er voldoende onderbouwde rekenregels. Di geld evenwel nie voor lijmwerk me andere maerialen zoals beonseen en bakseen. De rekenmehoden die voor deze maerialen worden voorgeseld dienen dan ook me de nodige omzichigheid e worden oegepas. Om deze onzekerheid om e buigen in verrouwen word bij de TU Eindhoven in samenwerking me de bakseenindusrie een onderzoeksprojec opgesar waarbij zowel de drukserke als de vloer-wandaansluiing van lijmwerkwanden me geperforeerde bakseen zullen worden onderzoch. Lierauur 1. NEN 6790, TGB 1990, Seenconsrucies, Basiseisen en bepalingsmehoden. 2. pren : Draf Sage 34, Eurocode 6: Design of Masonry Srucures Par 1-1: Common rules for reinforced and unreinforced masonry srucures. 3. Marens, D.R.W., Mechanische eigenschappen van bakseen- en beonseenlijmwerk. Sudiedag KVIV, 6 juni Marens, D.R.W., A.Th. Vermelfoor, G. Berram, Collegedicaa Onwerpen en dimensioneren van seenconsrucies. TU Eindhoven, augusus Vereenvoudigde berekening van de eerse-orde excenriciei e volgens Eurocode 6 als e > 0,4 cemen