Beproevingen casco. Leren van het SVB-proefproject (1) thema

Transcriptie

1 thema 1 Leren van het SVB-proefproject (1) Beproevingen casco Behalve in bedrijfsvloeren wordt staalvezelbeton (SVB) in Nederland nog niet of nauwelijks toegepast. Dat komt door het gevestigde idee dat constructief beton altijd moet worden gewapend. Om te onderzoeken of andere toe passingen van SVB mogelijk zijn is er in het buitenlab van de TU Eindhoven een woningbouwcasco op ware grootte gebouwd en beproefd. In dit artikel wordt nader ingegaan op de resultaten van die beproeving. Leren van het proefproject staalvezelbeton De resultaten van het SVB-proefproject worden behandeld in drie artikelen. In dit eerste artikel gaat het om de resultaten van het gehele proefcasco. In het artikel Uitvoering, kwaliteit, economie wordt ingegaan op de leermomenten en de knelpunten. Tot slot beschrijft het artikel Pons staalvezelbetonvloer beproefd de resultaten van de proef met de gesimuleerde SVB-vloer op palen. Het artikel Kruisjesmethode bij staalvezelbeton gaat in op het gedrag van de knooppunten van het casco, dat is beproefd in het van Musschenbroeck Laboratorium. In Cement 21/6 stonden ook al drie artikelen over het proefproject. Deze zijn, samen met andere relevante artikelen, beschikbaar in het dossier Staalvezelbeton op Beproevingen casco

2 prof.ir. Cees Kleinman TU Eindhoven, faculteit Bouwkunde ir. Michel Hermans 1 ) Hoco Beton 1 In het buitenlab van de TU Eindhoven is een woningbouwcasco op ware grootte gebouwd en belast met betonblokken 2 Overzicht van de meetpunten 3 Afmetingen beproefd casco Het casco bestaat uit drie beuken met aan iedere beuk een uitkragend balkon. Alle vloeren en alle balkons werden aan een proefbelasting onderworpen tot en met bezwijken. In dit artikel wordt nader ingegaan op de proefbelastingen van: een middenveld; een eindveld; de uitkragingen. A B C D E F G H I 23 1 Opzet van de proef De drie beuken hebben een overspanning van 5,4 m. Dit is drie maal herhaald in dieptes van 2,3 m. Vervolgens is nog een driebeukig casco gestort in een diepte van 4,5 m. De verdiepingshoogte bedraagt 3, m. De vloeren van de drie eerste delen zijn 18 mm dik, het deel waar de balkons aan hangen en de balkons zelf zijn 25 mm dik. De dikte van de wanden bedraagt 25 mm (fig. 3). J K L Het casco is gestort volgens de koude gietbouwmethode. Het uitgangspunt voor de betonsamenstelling was dat de buigtreksterkte na 14 uur bij het ontkisten 1,4 N/mm 2 zou zijn bij een staalvezelgehalte van 5 kg/m 3. De 5 kg/m 3 staalvezels was gekozen om een voldoende taai gedrag van de constructie te krijgen, waardoor na de eerste scheurvorming een zodanig herverdeling (rotatiecapaciteit steunpunt) mogelijk zou zijn dat het bezwijkmoment in het veld kon worden bereikt Tijdens het beproeven werden de volgende metingen verricht: zakking in het midden van de overspanning; vastleggen van de scheurvorming onder en boven de vloer; controle scheurvorming met lvdt s; Een overzicht van de meetpunten staat in figuur LVDT 3 LVDT 2 LVDT LVDT 6 LVDT 5 LVDT 4 1 Direct voorafgaand aan de beproeving werden de bijbehorende proefbalkjes, kuben en prisma s beproefd, ter bepaling van de volgende waarden: druksterkte; buigtreksterkte; f 1, f 2, f 3 en f 4 voor staalvezelbeton; elasticiteitsmodulus ) ir. Michel Hermans is afgestudeerd aan de TU Eindhoven op het project Staal vezelbeton toegepast in woningbouwcasco s en was betrokken bij het SVBproefproject. Beproevingen casco

3 thema 4/5 De proefbelasting werd aangebracht door het plaatsen van betonblokken op houten onderleggers 515 houten balken betonblokken Referentiebelasting en voorspelling Uitgaande van de voorspelde gemiddelde referentiewaarden voor staalvezelbeton (tabel 1), kon het M κ diagram worden bepaald (fig. 6). Dit resulteerde in een restcapaciteit voor het inklemmingsmoment van 25,3 knm/m, een bezwijkmoment van 3,5 knm/m en een scheurmoment van 25,3 knm/m. Deze momenten zijn bepaald aan de hand van de doorsnedecapaciteit, waarbij volplastisch werd gerekend met een rechthoekig diagram voor de drukzone en een rechthoekig diagram voor de trekzone. Voor het scheurmoment werd aangehouden: treksterkte:,37 f 4 druksterkte:,45 f b Voor het maximummoment werd aangehouden: treksterkte:,37 f 1 druksterkte:,45 f b Voor het restmoment werd wederom het scheurmoment gehanteerd. Om de doorbuiging net voor bezwijken te bepalen was de gewogen elasticiteitsmodulus nodig. Deze kon worden gesteld op circa 65 N/mm 2, rekenend met een ligger op twee steunpunten met eindmomenten. Opgemerkt wordt dat we in dit geval te maken hebben met een kortdurende belasting. De beproevingen casco Belasting versus doorbuiging De proefbelasting werd aangebracht door het plaatsen van betonblokken op houten onderleggers (fig. 4, foto 5); steeds 16 blokken per veld per laag. Een overzicht van de bezwijkbelasting (excl. e.g) staat in tabel 2; de optredende doorbuiging net voor bezwijken wordt weergegeven in tabel 3. Opgemerkt wordt dat proef D niet representatief is. De inklemming in de wand was dermate beschadigd door het slopen van een middenveld dat er geen inklemmingscapaciteit meer aanwezig was. In figuur 8 wordt het verloop van de doorbuiging tijdens het belasten weergegeven. Hier moet worden opgemerkt dat de proef op vloerveld B over 2 dagen liep. Het kruipeffect is hierdoor goed zichtbaar. Samenvattend De gemiddelde doorbuiging ten gevolge van de opgebrachte belasting bedroeg net voor het bezwijken 2,8 mm bij een belasting van 12, kn/m 2. Dit stemt aardig overeen met de prognoses. Hiermee rekenend zou de bezwijkbelasting 15,9 kn/m 2 inclusief het eigengewicht van 4,3 kn/m 2 zijn bij een totale doorbuiging z = 28 mm (t.g.v. belasting 2 mm). Hierbij is gerekend met een overspanning van = 53 mm. Tabel 1 Voorspelde gemiddelde buigtreksterkte staalvezelbeton f max f LOP f R;1 f R;2 f R;3 f R;4 6,8 5,8 6,6 6,6 5,8 5,3 Tabel 2 Bezwijkbelastingen vloerveld (datum van proef) Q q;max [kn/m 2 ] middenvelden B ( ) 11,45 E ( ) 14,2 eindvelden A ( ) 11,87 C ( ) 11,35 D (5-1-21) 6,96 F ( ) 12, Beproevingen casco

4 6 M-κ-diagram, bepaald met de voorspelde referentiewaarden 7 Doorbuiging in het midden van het casco 8 Een beeld van de scheurvorming aan de onderzijde in het veld Z7 Z8 Z9 Z11 moment [knm] ,2,4,6,8,1,12,14,16 kromming x Scheurvorming De vloer gedraagt zich in eerste instantie als een doorgaande ligger op vier steunpunten, ingeklemd in de wanden. Het moment ter plaatse van de steunpunten is daarbij maatgevend en scheurvorming zal zich daar als eerste manifesteren. Scheurvorming treedt op bij circa 25,3 knm/m. Vervolgens zal het opneembare moment ter plaatse van het steunpunt eerst toenemen tot circa 3,5 knm/m en vervolgens weer afnemen tot circa 25,3 knm/m. Dit terwijl het veldmoment gelijktijdig aangroeit van circa 12,7 knm/m tot 3,5 knm/m. De verwachting is derhalve dat scheurvorming optreedt bij 8 (25,3 + 12,7) / 5,3 2 = 1,8 kn/m 2. Onder aftrek van het eigengewicht resteert 6,5 kn/m 2. Geconstateerd is dat de eerste scheurvorming boven het steunpunt is opgetreden bij 7 à 8 kn/m 2. Conclusie Geconcludeerd kan worden dat dit SVB casco na scheurvorming boven de steunpunten een grote restcapaciteit heeft en dat bezwijken vooraf wordt gegaan door scheurvorming in het veld. De behaalde belasting, rekenkundig 15,9 kn/m 2, versus de gebruikelijke belasting van 4,3 +,5 +1,75 = 6,55 kn/m 2 voor de woningbouw of 4,3 + 1, + 2,5 = 7,8 kn/m 2 voor kantoren levert perspectief voor de toekomst. Er is vrijwel geen verschil tussen een eindveld en een middenveld in draagkracht. De inklemming kon door de betonwand worden geleverd. Bij doorbelasting loopt na het passeren van de 3,5 knm/m het steunpuntsmoment terug en groeit het veldmoment aan. Hanteren we hier dezelfde uitgangspunten dan zou scheurvorming in het veld op moeten treden bij een belasting van circa 8 ( ,3) / 5,3 2 = 15,2 kn/m 2. Onder aftrek van 4,3 kn/m 2 eigengewicht levert dit een belasting van 1,9 kn/m 2. Geconstateerd is dat de eerste scheur is opgetreden bij circa 1 à 11 kn/m 2. 8 Vervolgens trad er nog een aantal scheuren op aan de onderzijde in het veld, alvorens de constructie bezweek (foto 8). Tabel 3 Doorbuigingen net voor bezwijken vloerveld middenvelden B 27 E 33 eindvelden A 13 C 14 D 2 F 18 Beproevingen casco 13

5 48 24 thema 9 Twee uitkragingen waren voorzien van een isokorfwapening met koudebrugonderbreking, de derde uitkraging was doorgestort 1 Het breukpatroon van het doorgestorte balkon 11 Koudebrugonderbreking bij de balkons 12 Meetpunten in een van linker uitkraging. De punten 7, 9, 1 en 11 liggen bij de twee andere uitkragingen op dezelfde positie 13 Een overzicht van de scheuren in de uitkragingen nok A nok A nok A nok A isokorf doorgestort isokorf Nog lopend onderzoek aan het casco. In het buitenlaboratorium wordt één travee van drie beuken, breed 2,3 m, gemonitord ten behoeve van tijdseffecten. Hiertoe is één beuk belast met een gebruiksbelasting van circa 2 kn/m 2 en één beuk met circa de halve bezwijkbelasting: 6 kn/m 2. Deze belasting zal circa één jaar, dat wil zeggen tot november 211, aanwezig blijven. Over de gevonden resultaten zal in Cement 211/ 8 worden gerapporteerd. De uitkragingen Een gedeelte van het casco was voorzien van een vloer van 23 mm dik met daaraan een drietal uitkragingen, eveneens 23 mm dik. Twee uitkragingen waren voorzien een koudebrugonderbreking (isokorf), de derde uitkraging was doorgestort (fig. 9). De drie uitkragingen zijn belast tot bezwijken Na het ontkisten van de uitkragingen trad er vanuit de hoeken bij de ondersteunende wanden scheurvorming op aan de bovenzijde. De scheuren groeiden langzaam aan om uiteindelijk na circa 6 maanden tot stilstand te komen. Voor een overzicht van deze scheuren wordt verwezen naar figuur 13. Uitkraging met koudebrugonderbreking Toegepast werden 2 isokorven KX 12/2 Q8/8 E per uitkraging (foto 11). M u bedraagt volgens de producent 96,9 knm per korf. De belasting werd gelijkmatig verdeeld aangebracht in een strook van 1 m breedte langs de buitenrand van de uitkraging. Gemeten werd de doorbuiging in het midden van de buitenrand van de uitkraging. Er werden lvdt s geplaatst over de scheuren vanuit de hoek. Een overzicht van de meetpunten staat in figuur 12. De proefbelasting exclusief eigengewicht, waarbij bezwijken optrad, bedroeg gemiddeld 135 kn. Dit komt overeenkomt met een randbelasting van circa 27 kn/m. Het moment in iedere isokorf bedroeg hierbij 18 knm, bij een dwarskracht van circa 1 kn. Bezwijken van de constructie trad op in de isokorf en wel door overschrijding van de belasting op de drukdoos. Het bezwijken werd niet vooraf gegaan door zichtbare scheurvorming. Bezwijken trad op zonder waarschuwende signalen (foto 14). In figuur 15 en 16 is de doorbuiging van de uitkraging uitgezet tegen de belasting Beproevingen casco

6 Z9 einde muur Z1 hart isokorven Z7 hart muur 14 Bezwijken van de balkons trad op zonder waarschuwende signalen 15 Doorbuiging van de isokorf-uitkraging (links) uitgezet tegen de belasting 16 Doorbuiging van de isokorf-uitkraging (rechts) uitgezet tegen de belasting 17 Doorbuiging van de doorgestorte uitkraging uitgezet tegen de belasting isokorf VM2 isokorf VM3 L L1 L2 L3 L4 5 Z11 casco L5 L6 L De doorgestorte uitkraging Op dezelfde wijze als hiervoor beschreven werden deze uitkragingen belast en bemeten. In figuur 17 wordt de doorbuiging versus de belasting weergegeven. Bezwijken trad op bij een belasting van 78,5 kn. Dit komt overeen met een totaal moment van 2,35 78,5 + 84, (e.g) = 268,5 knm. Dit komt overeen met een moment van 268,5/5,15 = 52,1 knm/m in de vloeilijn. Voor het breukpatroon wordt verwezen naar foto 1. Opgemerkt wordt dat de reeds aanwezige scheuren geen noemenswaardige vergroting ondergingen tijdens de beproeving. Uitgaande van dezelfde uitgangspunten als beschreven onder casco voor de druksterkte en de scheursterkte, alsmede de treksterkte, zou het bezwijkmoment bij volplastisch rekenen 45 knm/m bedragen Z7 Z9 Z1 Z Beproevingen casco