gewapend onderwaterbeton

rapport102 gewapend onderwaterbeton VB stichting voor onderzoek, voorschriften en kwaliteitseisen op het gebied van beton

ONDERZOEKCOMMISSIES (1981) COMMISSIE A 7 AB A 16 A2l A 24 A 26 COMMISSJE B 14 B 16 B 18 B 22 B 29 B 30 B 31 Onderzoek naar het plastische gedrag van constructies. Onderzoek naar de krachtsverdeling in scheve platen. Veiligheid. Onderzoek naar de oplegreactie van vierzijdig ondersteunde platen. Plastische scharnieren. Betonmechanica. Kwaliteitscontrole van beton. Reparaties aan betonconstructies. Nieuwe betonsoorten. Verontreiniging toeslagmaterialen. Hergebruik van beton- en metselwerkpuin. Duurzaamheid van betonnen offshore constructies. Putcorrosie van voarspanstaal. COMMISSIE C 15 Staal beton liggers. C 15A Staal beton kolommen. C 18 Toleranties vaar betonwerk. C 24 Doorbuigingen. C 26 Voorspankabels zonder aanhechting. C 26A Corrosiebescherming voorspankabels zonder aanhechting. C 27 Voegmortels. C 28 Constructiedetails. C 31 Constructief onderwaterbeton. C 32 Aanvangsspanningen bij voorgespannen lichtbeton. C 33 Wisselbelasting. C 34 Betondekking. C 35 Beton onder stootbelasting. C 36 Sterkte van buizen. C 38 Spanningen in betonconstructies, veroorzaakt door warmteontwikkeling tijdens het verhardingsproces. C 40 Lasbaarheid betonstaal FeB 500. C 41 Betonconstructies bij brand. C 43 Voegen in geprefabriceerde vloeren. COMMlSSIE D 7 Demontabel bouwen.

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

De Stichting CUR-VB en degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, hebben een zo groot mogelijke zorgvuldigheid betracht bij het verwerken van de in deze publikatie vervatte gegevens; deze gegevens geven de stand van de techniek op het moment van uitgifte weer. Nochtans moet niet worden uitgesloten de mogelijkheid dat zich toch onjuistheden in deze publikatie kunnen bevinden. Degene die van deze publikatie gebruik maakt, aanvaardt daarvoor het risico. De Stichting sluit, mede ten behoeve van al degenen die aan deze publikatie hebben meegewerkt, iedere aansprakelijkheid uit voor schade die mocht voortvloeien uit het gebruik van deze gegevens. ISBN 90212 6045X

VOORWOORD In 1973 werd commissie C 31 "Constructief onderwaterbeton" ingesteld met de opdracht een onderzoek uit te voeren naar de mogelijke problemen die zich kunnen voordoen bij het maken van constructief onderwaterbeton, dat is beton dat onder water wordt gestort en van een wapening is voorzien. Aan de hand van diverse praktijkproeven heeft de commissie een aantal aanbevelingen en richtlijnen opgesteld voor het ontwerpen en uitvoeren van gewapend onderwaterbeton. De samenstelling van de commissie was bij de beeindiging van het onderzoek als volgt: ir. M. DE WATER, voorzitter ir. B. VAN HEIJNINGEN, secretaris ing. J. C. VAN DUSSCHOTEN ir. G. J. GANTVOORT ing. A. LEEN ir. J. SCHIPPERS if. J. C. SLAGTER, mentor In 1976leed de commissie een ernstig verlies door het overlijden van het commissielid ing. J. BOON. Eveneens in dit jaar overleed ir. P. BLOKLAND die mentor was van de commissie. Het rapport is geschreven door ir. B. VAN HEIJNINGEN met medewerking van ir. G. J. GANTVOORT, beide medewerkers van IBBC-TNO. De CUR-VB is bijzonder erkentelijk voor de bereidheid die Gemeentewerken Rotterdam, Directie Bruggen en Directie Sluizen en Stuwen van de Rijkswaterstaat hebben getoond om proeven op ware grootte op te nemen bij de uitvoering van onderwaterbetonvloeren in onder hun verantwoordelijkheid gebouwde kunstwerken. Ten slotte spreekt de CUR-VB haar dank uit aan de Rijkswaterstaat voor de financiele bijdrage die dit onderzoek mede heeft mogelijk gemaakt. augustus 1981 De Stichting voor Onderzoek, Voorschriften en Kwaliteitseisen op het gebied van Beton (CUR-VB)

INHOUD NOTATlES. 5 Hoofdstuk 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.6 Hoofdstuk 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.3.7 2.3.8 Hoofdstuk 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 ALGEMENE BESCHOUWING...... Inleiding. Waarom gewapend onderwaterbeton Gesloten bouwkuipen........ Functies van onderwaterbetonvloeren. Economische factoren bij de keus van gewapend onderwaterbeton. Kostenverlagende factoren........... Kostenverhogende factoren........... Eigenschappen van gewapend onderwaterbeton. UITGEVOERD ONDERZOEK.......... Omvang en beschrijving van het onderzoek. Onderzoek van uitvoeringsmethoden.. Onderzoek naar materiaaleigenschappen Beschrijving van de werken. Betonsamenstellingen.... Wapening en proefstaven.. Beschrijving en resultaten van het onderzoek naar de materiaaleigenschappen... Homogeniteit van het beton Betondruksterkte.. Betontreksterkte.. Elasticiteitsmodulus Uittrekproeven... Aanhechting tussen beton en staal Verankeringslengte van geribd betonstaal in onderwaterbeton Temperatuurmetingen................... AANBEVELINGEN VOOR ONTWERP EN BEREKENING Inleiding. Vloerdikte en toleranties...... Betondekking............ Maaswijdte en wapeningspercentage Voor de berekening aan te nemen vloerdikte Krimp en kruip.. Betondruksterkte.............. 7 7 7 7 8 10 10 11 11 13 13 13 14 15 18 18 22 22 23 28 30 31 31 37 40 43 43 43 44 44 44 46 46 3

3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 Hoofdstuk 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5 4.5.6 4.6 4.7 4.8 4.9 Hoofdstuk 5 Betontreksterkte.. Elasticiteitsmodulus Pons. Verankeringslengte van geribd betonstaal. Scheurwijdte............. AANBEVELINGEN VOOR DE UITVOERING Algemeen. Stempelconstructie bouwkuip... Ontgraving en bodemverbetering. Bouwkuipen met palen...... Geprefabriceerde wapeningskorven. Constructie, vorm en afmetingen. Maaswijdte............. Stekeinden............. Ondersteuning van wapeningskorven Afzinken van wapeningskorven... Bijleggen van wapening ter plaatse van sparingen. Betondekking.............. Betonsamenstelling........... Kwaliteitskeuring van onderwaterbeton. Stortmethoden............. KOSTENVERGELUKING. 47 48 48 48 48 50 50 50 51 52 54 54 55 55 56 59 60 62 63 63 64 67 Hoofdstuk 6 SAMENVATTING EN CONCLUSIES. 74 Bijlage A BETONAFSLUITER VOOR HET STORTEN VAN ONDERWATERBETON 77 Bijlage B ECHOLOOD-PEILINGEN.......... 80 Bijlage C DILATATIEVOEGEN IN ONDERWATERBETON 83 Bijlage D LUST VAN GERAADPLEEGDE LITERATUUR. 87 ZusammenJassung und Folgerungen Resume et conclusions... Summary and conclusions..... 89 92 95 4

NOTATIES b hart op hart afstand van wapeningsstaven c betondekking E~bj elasticiteitsmodulus van het beton naj dagen verharding en bepaald in de oorsprong van het a-c-diagram ib rekenwaarde voor de treksterkte van beton fck karakteristieke kubusdruksterkte van beton fc'm gemiddelde kubusdruksterkte van beton fc'mj gemiddelde kubusdruksterkte van beton na j dagen verharding id rekenwaarde 'voor de aanhechtsterkte van beton fdm gemiddelde ofminimaal aanwezige gemiddelde aanhechtsterkte tussen staal en beton fdmb berekende aanhechtsterkte van beton ibu splijttreksterkte van beton F max maximaal benodigde uittrekkracht of breukkracht van een wapeningsstaaf h nuttige hoogte van de betondoorsnede h t totale hoogte van de betondoorsnede k excentriciteit bepaald door de grootte van de steekproef of het aantal proefstukken Id aanhechtlengte van een wapeningsstaaf s standaardafwijking berekend uit de steekproef AT temperatuurverschil W max maximale scheurwijdte a relatie tussen de gemiddelde kubusdruksterkte in het werk en die bepaald uit kuben jj relatie tussen de karakteristieke kubusdruksterkte in het werk en die bepaald uit kuben as opgelegde standaardafwijking aa aanwezige staalspanning a~ gemiddelde kubusdruksterkte na 28 dagen bepaald op kuben met een riblengte van 200 mm volgens de GBV 1962* 0k kenmiddellijn van een wapeningsstaaf * In verband met de regelmatige verwijzing naar CUR-rapport 56 "Onderwaterbeton" (ongewapend) wordt in dit rapport behalve de VB 1974 soms ook de GBV 1962 nog genoemd. 5

HOOFDSTUK 1 ALGEMENE BESCHOUWING 1.1 Inleiding Dit rapport behandelt het ontwerpen en het uitvoeren van vioerconstructies in gewapend onderwaterbeton. In dit kader geeft het rapport enige aanbevelingen, die zijn gebaseerd op ervaringen, die zijn opgedaan tijdens uitgevoerde experimenten. Ten aanzien van ongewapend onderwaterbeton zijn vrij veel gegevens voorhanden. Zo worden bij voorbeeld in CUR-rapport 56 meerdere aspecten daarvan uitvoerig behandeid. De kennis omtrent gewapend onderwaterbeton is echter nog betrekkeiijk gering, wat onder meer biijkt uit de weinige literatuur ~ie over dit onderwerp beschikbaar is. De wenken en aanbevelingen die in dit rapport zijn verwerkt, stoelen dan ook voor het overgrote deel op eigen ervaringen van de commissie. De experimenten zijn verricht in bouwputten van kunstwerken die werden uitgevoerd onder directie van de Rijkswaterstaat en Gemeentewerken Rotterdam. Hierbij dient te worden bedacht dat niet altijd die voorzieningen konden worden getroffen die voor een optimale uitvoering van gewapend onderwaterbeton nodig zijn. 1.2 Waarom gewapend onderwaterbeton Onderwaterbeton wordt toegepast bij funderingen van kunstwerken en gebouwen waar het niet mogelijk ofniet wenselijk is beton in den droge te maken. In 1.3 wordt nader ingegaan op de overwegingen die ertoe kunnen leiden om een constructiedeel in onderwaterbeton uit te voeren. De keuze tussen ongewapend en gewapend onderwaterbeton wordt veelal bepaald door economische factoren. Dezefactoren zijn nader toegelicht in 1.5. Het is gebleken dat in bepaalde gevallen de toepassing van gewapend onderwaterbeton belangrijke economische voordelen kan bieden. Een kostenvergelijking, als gegevenin hoofdstuk 5, geeft hiervan een duidelijk voorbeeld. Een belangrijke toepassing van gewapend onderwaterbeton is de onderwaterbetonvloer. In gesloten bouwkuipen fungeert deze vioer als bodemafsluiting en wordt daarna als constructiedeel in de hoofddraagconstructie van het kunstwerk ofgebouw opgenomen. Daar bovendien is gebieken dat deze toepassing van gewapend onderwaterbeton nog steeds toeneemt, is hieraan in het navolgende de meeste aandacht besteed. 1.3 Gesloten bouwkuipen Ter nadere toelichting op het behandelde in 1.2 is op te merken dat een gesloten bouw- 7

kuip een kuip is, die in tegenstelling tot een open bouwkuip, niet meer in verbinding staat met het grond- of buitenwater en als zodanig kan worden drooggemalen zonder dat de omringende waterspiegel wordt belnvloed. Voorbeelden van open en gesloten bouwkuipen zijn gegeven in de figuur 1. In figuur le is de bovenkant van de palen enigermate arbitrair. In veel gevallen worden bij een ongewapende vloer de palen opgenomen in de later in den droge te storten gewapende betoneonstruetie, zoals hier is aangegeven. Gesloten bouwkuipen worden toegepast voor de aanleg van funderingen in open water, bij voorbeeld sluisvloeren, brugpijlers enz., maar ook in terreinen, als de aanlegdiepte van de fundering van het kunstwerk ofhet gebouw beneden de grondwaterspiegel ligt en de laatste om een of andere reden niet mag worden verlaagd. Redenen voor de toepassing van gesloten bouwkuipen kunnen zijn: a. De onmogelijkheid een open bouwkuip te maken, bij voorbeeld in open water. b. De wenselijkheid om de grondwaterstand rondom de bouwput niet te be"invloeden. Dit kan het geval zijn wanneer verlaging van de grondwaterstand sehade veroorzaakt aan de fundering van andere kunstwerken en gebouwen door optredende zettingen ofrotting van houten palen. Ook is het mogelijk dat gewassen in de omgeving van de bouwput sehade lijden door daling van het grondwaterpeil. e. Ongewenste lozing van grondwater. Dit kan het geval zijn in gebieden waar het bij een open bouwkuip te bemalen diepe grondwater zouten bevat, die sehadelijk kunnen zijn voor land- en tuinbouw en waarvan de lozing beperkt ofvermeden dient te worden. d. Eeonomisehe overwegingen, bij voorbeeld minder bemalingskosten dan bij een open bouwkuip. In veel gevallen wordt de gesloten bouwkuip gevormd door vertieale wanden en een horizontale bodemafsluiting. De vertieale wanden kunnen bestaan uit damplanken ofbetonnen diepwanden. De bodemafsluiting kan worden verkregen door gebruik te maken van bestaande kleilagen, ehemisehe injeetiemethoden of ongewapend dan wel gewapend onderwaterbeton. ~n al de hiervoor genoemde alternatieven heeft de bodemafsluiting tot doel om tijdens de bouw de toestroming van grondwater naar de bouwput te verhinderen en veelal de funetie om een bijdrage te leveren aan het vertieale evenwieht van de bodem van de bouwkuip. Indien de bodemafsluiting wordt g,evormd door bestaande kleilagen of ehemiseh ge"injeeteerde lagen in de ondergrond, heeft deze sleehts een tijdelijk karakter en zal deze naderhand geen deel uitmaken van de draageonstruetie van het kunstwerk. 1.4 Functies van onderwaterbetonvloeren Een vloer van onderwaterbeton kan tijdens de versehillende stadia van het kunstwerk of het gebouw de volgende funeties hebben: 8

o. open bouwkuip met taluds E'n bronbe'maling -. '-- --- b. open bouwkuip met damwand en bronbemaling...--- ---- ---..-- -'- c. geosloten bouwkuip met onge'wapend onderwate'rbe'ton...-- -" -------- -'- d. geslote'n bouwkuip met gewape'nd onde'rwate'rbe'ton Fig. 1. Geslaten en open bouwkuipen. Closed and open building pits. 9