Log in
inloggen bij Cement
Hulp bij wachtwoord
Geen account?
shop word lid
Home / Alle kennis / Artikelen

Nieuwe methode scheurwijdteberekening

Nieuw CROW-rapport met methode voor de berekening voor gewapende betonconstructies met verhinderde vervormingen Maartje Dijk - 26 januari 2021

Voor het berekenen van scheurwijdten in betonconstructies bestaan veel verschillende methoden en deze worden ook nog eens door iedere constructeur op een andere manier geïnterpreteerd. Dit levert in de praktijk grote verschillen op in toegepaste wapening en daarmee in de kwaliteit van bouwwerken. Een CROW-commissie 'Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies' heeft zichzelf de uitdaging gesteld meer duidelijkheid te geven over dit onderwerp. Het resultaat is een door de hele commissie gedragen, uniforme methode die wordt gepresenteerd in een CROW-rapport.

Aanleiding onderzoek

Om een beeld te krijgen van de berekeningsmethoden die in de Nederlandse bouwpraktijk worden toegepast, is de CROW-commissie ‘Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies’ (destijds nog resorterend onder SBRCURnet) in 2017 gestart met het uitzetten van een casus [1]. Aan constructeurs uit heel Nederland is de oproep gedaan om van een praktijkvoorbeeld de scheurwijdte uit te rekenen. Dit bij in een situatie met opgelegde vervorming, met buigende momenten en met een combinatie van beide. Dit leverde uiteindelijk 16 inzendingen met zeer uiteenlopende antwoorden op [2]. Zo varieerden de scheurwijdten bij de vraag over opgelegde vervormingen van 0,03 mm tot 0,27 mm (fig. 1). Zelfs bij gebruik van dezelfde methode waren er grote verschillen, doordat diverse factoren anders werden geïnterpreteerd.

De casus bevestigde het vermoeden dat er grote behoefte is aan meer uitleg over scheurwijdteberekeningen in het algemeen en het gebruik van een uniforme methode. Met dat doel is de commissie aan de slag gegaan. Zij heeft zich daarbij gefocust op het onderdeel waar de grootste verschillen ontstaan, namelijk scheurvorming bij opgelegde vervormingen. Dat heeft geleid tot het verschijnen van CROW-CUR Rapport 1:2020 – Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies [3].

CROW-commissie

In de CROW-commissie ‘Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies’ hadden zitting:

  • Hans Galjaard, Volker InfraDesign (voorzitter)
  • Ad van Leest, CROW (coördinator)
  • Maartje Dijk, Witteveen+Bos (rapporteur)
  • Johan Bolhuis, BAM/Hochtief
  • René Braam, Adviesbureau ir. J.G. Hageman
  • Sander van het Erve, Mobilis
  • Jeroen Meijdam, Dura Vermeer
  • Leo Molenbroek, Heijmans
  • Tom van der Pouw, Lievense advies- en ingenieursbureau
  • Ronnie de Rooij, BAM
  • Hans van Stralen, Royal HaskoningDHV
  • Gerrit Wolsink, Rijkswaterstaat
  • Frank van der Woerdt, Ballast Nedam

Er zijn grofweg twee scheurvormingsmodellen: het trekstaafmodel en het model met continue verhindering

Beschouwde rekenmethoden

In het CROW-rapport wordt uitgelegd dat er grofweg twee veelgebruikte scheurvormingsmodellen zijn, namelijk het trekstaafmodel en het model met continue verhindering. Voorbeelden van methoden volgens het trekstaafmodel zijn de Eurocode 1992-1-1 paragraaf 7.3.4 [4], Eurocode 1992-3 vergelijking M.1 [5] en Van Breugel [6]. Een voorbeeld van een model met continue verhindering is Eurocode 1992-3 vergelijking M.3 [5], een methode die is overgenomen vanuit de British Standard BS8007 [7].

Trekstaafmodel
Het trekstaafmodel is een theoretisch model van een betonnen trekstaaf met één wapeningsstaaf in het midden, waarbij ervan uit wordt gegaan dat het wapeningsstaal in het beton na scheuren de volledige kracht overneemt ter plaatse van de scheur. Ter plaatse van de scheur is de spanning en de rek in het beton gelijk aan nul en in het staal is deze maximaal. Over een bepaalde lengte naast de scheur, de overdrachtslengte lst, wordt de spanning vanuit het staal door middel van aanhechting overgedragen aan het beton. Dit totdat de rek in het staal en het beton aan elkaar gelijk zijn.
De scheurwijdte wordt berekend door het gemiddelde rekverschil over de scheurafstand te vermenigvuldigen met die afstand.

Model met continue verhindering
Het model met continue verhindering gaat uit van een element dat aan één zijde een continue verhindering ondervindt ten gevolge van een ander element. Er wordt daarbij geen rekening gehouden met de overdracht van spanning in het wapeningsstaal, echter de scheurafstand Sr,max wordt wel bepaald door de wapening op soortgelijke wijze als in het trekstaafmodel. De scheurwijdte in dit model is een lineaire functie van de hoeveelheid verhinderde vervorming.

Scheuren in een wand op circa 0,1 m boven de vloer zijn maximaal in plaats van helemaal onderin de wand

ICE-methode
Een methode die beide modellen met elkaar verbindt en waarvan de commissie daarom in eerste instantie erg gecharmeerd was, is de ICE-methode uitgewerkt door Phil Bamfort [8]. In de methode komt goed naar voren dat de grootste scheuren zich niet voordoen bij een verhinderingsgraad van 1,0, maar bij een verhinderingsgraad van 0,4 a 0,5. Dit sluit aan bij waarnemingen uit de praktijk waarbij scheuren in de wand op circa 0,1 m boven de verbinding met de vloer maximaal zijn in plaats van helemaal onderin de wand. Het element dat de verhindering veroorzaakt, in dit geval de vloer, zorgt er tevens voor dat de scheuren fijn verdeeld zijn dicht bij de aansluiting.

Theorie versus praktijk

Dat wat theoretisch het meest elegante model (de ICE-methode) leek, blijkt echter niet het meest geschikte model voor de praktijk te zijn. Dit werd duidelijk toen de commissie aan de hand van enkele praktijkvoorbeelden scheurwijdten is gaan narekenen met een aantal methoden. Daarbij kwam aan het licht dat de vele factoren die worden gebruikt in de ICE-methode in de praktijk zorgen voor veel problemen. Het is in deze methode belangrijk om een zeer nauwkeurige inschatting te maken van de hoeveelheid opgelegde vervorming en de verhinderingsgraad. Dit is voor de meeste projecten praktisch onmogelijk door de afhankelijkheid van specifieke uitvoeringsomstandigheden en het gebrek aan kennis van sommige parameters, zoals autogene krimp [9]. Het maken van een juiste inschatting van alle parameters kost veel tijd en levert grote verschillen op in de uitkomsten van de methode.

Een methode komen die robuust is en die niet te veel moeilijk in te schatten parameters bevat

Keuze voor een bekende en robuuste methode

Uiteindelijk heeft het narekenen van de scheurwijdten van projecten uit de praktijk geleid tot het inzicht dat er een methode moet komen die robuust is en die niet te veel moeilijk in te schatten parameters bevat. Dat daarmee niet alle factoren die invloed hebben op de scheurvorming worden meegenomen, wordt geaccepteerd. Het trekstaafmodel voldoet aan deze voorwaarde. Zowel de methode van Van Breugel [6] als DIN 1045 [10] bleek een goede kandidaat. Omdat DIN 1045 het beste aansluit bij de huidige, in Nederland toegepaste Eurocode, is ervoor gekozen deze als basis te hanteren voor de verdere uitwerking. DIN 1045 is in de basis hetzelfde als de huidige in Nederland gebruikte Eurocode [4] en [5], maar maakt gebruik van enkele andere factoren.

CROW-methode

De in het CROW-rapport uitgewerkte uniforme methode is geijkt op de praktijksituaties en sluit waar dat logisch lijkt aan op DIN 1045. Enkele afwijkingen ten opzichte van de in Nederland toegepaste Eurocode zijn:

  • de factor k3, die het effect van de dekking op de scheurafstand in rekening brengt, wordt conform DIN 1045 gelijk gesteld aan 0;
  • de factor αct, die het effect van spreiding in de treksterkte in rekening brengt, is gebruikt om de methode te ijken aan de praktijksituaties en komt uit op 0,7;
  • er wordt een factor kt = 0,4 aangehouden (langeduurbelasting) voor opgelegde vervormingen.

In het rapport wordt op de keuze van deze factoren een korte toelichting gegeven en is de methode verder uiteengezet. Om interpretatieverschillen te voorkomen bevat het CROW-rapport zowel een stappenplan als een uitgewerkt voorbeeld en een spreadsheet.

Oproep voor aanleveren meetgegevens

De commissie is zich ervan bewust dat aan de vergelijking met de verschillende praktijksituaties nog flink wat haken en ogen zitten. Het viel niet mee om aan voldoende scheurwijdtemetingen te komen en bij deze metingen de juiste informatie te verzamelen. Het CROW-rapport bevat daarom tevens de aanbeveling voor het opzetten van een meetprogramma waarmee de methode in de toekomst kan worden verfijnd. Daarmee is niet uitgesloten dat de methode in de toekomst nog zal moeten worden bijgesteld.

Aan ingenieursbureaus en aannemers in Nederland wordt daarom de oproep gedaan om ook aan de volgende stap mee te werken. Graag ontvangt CROW meetgegevens van scheurwijdten in de praktijk om deze in een volgende stap verder te kunnen analyseren. De volgende gegevens zijn hiervoor benodigd:

  • betonsterkteklasse, betonstaalsoort, afmetingen, dekking en aanwezige wapening ;
  • berekende scheurwijdten (conform CROW-methode);
  • tijdstip van storten van het meetobject en van het object dat de verhindering veroorzaakt;
  • temperatuurverloop van het meetobject;
  • scheurwijdten en scheurafstanden;
  • locatie van de scheuren.

Zonder praktijkvoorbeelden is het lastig om een verbeterslag te maken

CROW zal bovenstaande informatie nog verwerken in een format, die wordt gepubliceerd op www.crow.nl (bij het rapport). Net als met de casus uit 2017, zal ook deze informatie zorgvuldig en anoniem worden behandeld. We begrijpen dat het delen van scheurvorming in betonconstructies nog steeds een gevoelig onderwerp is, maar zonder praktijkvoorbeelden is het lastig om een verbeterslag te maken. Daarom hoopt CROW dat in vervolg op de casus uit 2017 ook aan deze oproep gehoor wordt gegeven en dat er samen met ingenieursbureaus en aannemers weer een volgende stap gezet kan worden.

Beschikbaarheid CROW-rapport

Het CROW-CUR-rapport 1:2020 'Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies' is te koop op www.crow.nl/publicaties/crow-cur-rapport-1-2020.

Literatuur

1. Dijk, M., Berekenen scheurvorming in de praktijk, Cement 2017/7.  

2. Dijk, M., Bevindingen casus, ref. DT503-1/17-012.969, 13 september 2017.

3. CROW-CUR-rapport 1:2020 Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies, Fase 1: scheurwijdteberekeningen voor gewapende betonconstructies met verhinderde vervorming.

4. NEN-EN 1992-1-1+C2:2011 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen. 

5. NEN-EN 1992-3:2006 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstructies - Deel 3: Constructies voor keren en opslaan van stoffen.

6. Breugel, K. van, Betonconstructies onder temperatuur- en krimpvervormingen, Theorie en praktijk, Stichting BetonPrisma, ‘s- Hertogenbosch, 1996.

7. British Standard 8007:1987, Code of practice for Design of concrete structures for retaining aqueous liquids. 

8. Bamfort, P. , Denton, Dr. S., and Dr. J. Shave, The development of a revised unified approach for the design of reinforcement to control cracking in concrete resulting from restrained contraction, ICE   Research Project 0706, February 2010. 

9. SBRCURnet, Autogene Krimp, Fase 1: Preadvies, Delft, 2016.

10. Röhling, S., Zwangsspannungen infolge Hydratationswärme, Veränderungen bei der Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung nach EC 2 gegenüber DIN 1045-1:2008-08, Verlag Bau+Technik, Düsseldorf, 2009.

11. Bamforth, P. B., Ciria C660, Early-age thermal crack control in concrete, London, 2007.

12. Nilsson, M., Technical Report, Restraint Factors and Partial Coefficients for Crack Risk Analyses of Early Age Concrete Structures, Luleå University of Technology, 2003.

Reacties

Chris Bos 01 februari 2021 10:30

Toch geloof ik dat wapening dia 20mm hoh 100mm geen op spanning staande wapening is. Bij dit soort van overcapaciteit in de trekzone moet je de echte scheurwijdte bestrijders in de arm nemen. Vanuit mijn praktijkervaring weet ik dat je dan in overleg met de betonsamenstellers het juiste mengsel kan krijgen. Ook is met vezel-sterkte beton vaak een goed middel. Maar zo maar wat betonstaal te verkwisten vind ik geen goed idee. Ik weet dat jullie glimlachend te prullenbak op zoeken maar denk niet dat je alles in formules kan vinden. Ga de bouwput in en spreek met uitvoerders en betonsamenstellers.

Arno van Beek - 2B Bouwconstructies 29 januari 2021 09:54

Kan ik deze CROW rapportage en het betreffende artikel ontvangen?

x Met het invullen van dit formulier geef je Cement en relaties toestemming om je informatie toe te sturen over zijn producten, dienstverlening en gerelateerde zaken. Akkoord
Renda ©2022. All rights reserved.

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie AccepterenWeigeren