O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 566binnenspouwblad (luchtdicht)buitenspouwblad (permeabel)Cpe> 0Cpe < 0Cp spouw > 0Cp spouw < 0binnenspouwblad (luchtdicht)buitenspouwblad (permeabel)Cpe> 0Cpe < 0Cp spouw > 0Cp spouw < 0Cp spouw > 0 M e c h a n i s m e v a nl u c h t d r u k v e r e f f e n i n gOm te illustreren hoe drukvereffe-ning werkt is in figuur 1 voor eengevel met een permeabel buiten-spouwblad het verloop van dewinddruk gegeven met een openen een afgesloten hoek in despouw. De externe druk aan debuitenzijde zal ertoe leiden dat dedruk in de spouw in de richtingvan de externe druk zal gaan. Doordeze drukvereffening is het druk-verschil over het buitenspouwbladkleiner dan de externe druk. Dedrukvereffening zal niet directoptreden, maar met een vertraging,waardoor er tijdens pieken in debelasting een netto belasting op debuitenste schil zal staan. Bij deopen hoek staat de lucht van voor-en zijgevel met elkaar in verbin-ding, waardoor ook drukvereffe-ning in de spouw optreedt. Op dehoek kan daardoor in de spouween drukopbouw plaatshebben,waardoor de druk in de spouw eentegengesteld teken kan hebben alsde externe druk, bijvoorbeeld over-druk in de spouw en onderdrukbuiten. Dit leidt dan tot een druk-verschil over het buitenspouwbladdat groter is dan de externe druk.Bij een afgesloten hoek is dit niethet geval.De mate van drukvereffening isafhankelijk van de volgendeinvloedsfactoren:? permeabiliteit van het buiten-blad;? permeabiliteit van het binnen-blad;? diepte van de spouw;? be?indigingen van de spouw,open of dicht;? windrichting;? middelingstijd.Voor de beoordeling van de wind-belasting is zowel de situatie metexterne overdruk (Cpe> 0) als metexterne onderdruk (zuiging,Cpe< 0) van belang. De duur vande belasting, zowel naar buiten alsnaar binnen gericht, is daarbij inde orde van grootte van 1 seconde.R e g e l g e v i n gIn het Bouwbesluit wordt voorconstructieve eisen verwezen naarNEN 6702. Deze norm geeft wel-iswaar een drukvereffeningsfactorvoor permeabele gevels en daken,de waarden zijn echter niet naderingevuld voor permeabele gevels,en daarmee dus ook niet voorgelijmd metselwerk met openstootvoegen. In eerdere publica-ties [1, 2] is dit fenomeen bedis-cussieerd. Sindsdien is in het laat-ste correctieblad van NEN 6702een verzwaring van de windbelas-ting voor spouwconstructies nabijhoeken opgenomen.De nieuwe Eurocode windbelas-ting, EN 1991-1-4, geeft een - nietnormatief - artikel over de windbe-lasting over permeabele gevels.Dit artikel zal in de NederlandseNationale Bijlage niet wordenovergenomen. In plaats daarvanzullen naar verwachting debestaande regels uit NEN 6702 enOntwerpen en dimensioneren van steenconstructies (30)Baksteenmetselwerk metopen stootvoegen naderbeschouwddr.ir. C.P.W. Geurts en ir. P.W. Bouma, TNO Bouw en Ondergrond, DelftBakstenen in gelijmde uitvoering leveren een kwaliteitssprong bij gevelmetsel-werk, die samengaat met een veelvoud aan architectonische mogelijkheden.Het lijmen wordt veel eenvoudiger als het metselwerk met open stootvoegenwordt uitgevoerd. De permeabiliteit van het buitenspouwblad bij deze wijzevan verwerken roept echter wel vragen op. Enerzijds over de waterdichtheidvan de constructie, anderzijds over mogelijke voordelen voor de in rekening tebrengen windbelasting. Beide aspecten hangen grotendeels af van de matewaarin de winddruk door de open stootvoegen kan vereffenen. Deze drukver-effening wordt momenteel onderzocht met een meetprogramma aan eenwoning te Opheusden, hetgeen in dit artikel aan de orde komt.1 |Schematische weergavegevelopbouw: Cpegeeftde externe druk weer;Cp spouwde druk binnen despouwO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 5 67NW(298?)geslotenstootvoegenopenstootvoegentesthuis NO(28?)ZW(208?)ZO(118?)8321456710000+8243+5690+16150 6860 1100 81502900+ meetpunt luchtdruknoordgevel (zuidoost)2860+0steenopslag 4000+windrichting- en windsnelheidsmetermastregenmeterdrukreferentieNEN 6707 (voor dakbedekkingen)worden opgenomen. Voor perme-abele gevels zijn vooralsnog geengereduceerde waarden voor dewindbelasting opgenomen.In de Nederlandse regelgevingwordt de drukvereffeningsfactorgedefinieerd als de verhoudingtussen de representatieve waardevan het drukverschil over het bui-tenspouwblad, en de representa-tieve waarde van de externe drukop de gevel: prepCeq= prepOm deze factor te kunnen bepalenis dus zowel de externe druk, alshet drukverschil over het betreffen-de buitenspouwblad nodig. Eenmethode om deze drukvereffe-ningsfactor vast te stellen isbeschreven in [3]. Aan de hand vandie methode zijn in het verledenmetingen uitgevoerd aan dakbe-dekkingsmaterialen zoals dakpan-nen en ballasttegels. De resultatenuit die metingen zijn gebruikt inNEN 6707 bij het vaststellen van dedrukvereffeningsfactoren. Het ligtvoor de hand voor het ontwerp vangevelsystemen met een permeabelbuitenblad dezelfde methode tehanteren. Dit is tot de start van hethierna beschreven onderzoek nogniet gedaan.O n d e r z o e kOm de gevolgen van luchtdrukver-effening in kaart te brengen wordtdoor TNO onderzoek uitgevoerdaan een woning, waarbij de druk-vereffening over het buitenspouw-blad op ware grootte wordt geme-ten. Deze woning is doorWienerberger Bricks bv beschik-baar gesteld en bevindt zich ophet terrein van de baksteenfabriekte Opheusden (fig. 2, 3 en 4). Degevel is opgebouwd uit eenspouwmuurconstructie voorzienvan Kapla-kozijnen.De bakstenen in het buitenspouw-blad zijn op vier verschillende ma-nieren in de gevel gelijmd (tabel 1):? open stootvoegen liggend ver-lijmd;? dichte stootvoegen liggend ver-lijmd;? open stootvoegen staand(klamp) verlijmd;? dichte stootvoegen staand(klamp) verlijmd.De lint- en stootvoegen zijn 4 mmbreed. Waar het metselwerk over-gaat van dichte naar open stoot-voegen is een verticale luchtdichtescheiding aangebracht, waardoortwee compartimenten in despouw ontstaan.Bij de Kapla-kozijnen is een spleettussen kozijn en metselwerk aan-wezig van ongeveer 6 mm. Allehoeken in de spouwen zijn openuitgevoerd. Dit experiment richtzich dus op de ongunstigste vande hierboven beschreven denkba-re situaties. Op basis van de toege-paste technieken, de positie vanventilatieopeningen en open stoot-voegen geldt tabel 1.De permeabiliteit van het buiten-spouwblad met open stootvoegenis ruim twee tot vier keer groterdan die van het buitenspouwbladmet gesloten stootvoegen. De per-meabiliteit van beide gevels zaloverigens kleiner zijn indien geenKapla-kozijnen maar traditionelekozijnen, zonder ventilatiemoge-2 |Aanzicht meetwoning;op de voorgrond de 10 mhoge meetmast3 |Plattegrond demonstra-tiewoning; meetpunten1 t.m. 5 in gevel metopen stootvoegen, meet-punten 6 t.m. 8 in gevelmet dichte stootvoegen4 |Aanzicht meetwoning,positie meetmast enenkele afmetingenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 568lijkheid rondom, worden toege-past. Het relatieve verschil (tussenbuiten- en binnenspouwblad)wordt dan echter wel groter.De permeabiliteit van het binnen-blad is in een aantal gevels nietnul, vanwege een nieuwe wijzevan ventileren die in deze woningis onderzocht, die een gecontro-leerde stroming van lucht via despouw naar de woning vereiste.M e t i n g e nOp de vier gevels worden vanafdecember 2003 de volgende para-meters geregistreerd:? windsnelheid en windrichtingop 10 m boven het maaiveld;? op acht punten de drukverschil-len over het metselwerk dat opvier verschillende manieren isverlijmd.Om deze lange-duurmeting moge-lijk te maken is een automatischmeetsysteem ontwikkeld, waar-mee de wind en de winddrukkencontinu worden gemeten. Per10 minuten worden de gemiddel-de waarden van de belangrijksteparameters vastgelegd en afhanke-lijk van de karakteristieken van dewind, worden ook meetgegevensmet een kortere meettijd bewaard.Op basis van de meetgegevenswordt de analyse voor de windbe-lasting uitgevoerd.Dergelijke metingen op volleschaal wijken op een aantalbelangrijke punten af van bijvoor-beeld windtunnelmetingen. Ermoet met een groot aantal facto-ren rekening worden gehouden,die in een laboratoriumomgevinggeen rol spelen:? de wind is onvoorspelbaar. Omalgemene conclusies te kunnenformuleren zijn gegevens overeen groot deel van de windroosnodig. Het is op voorhand slechtsglobaal te voorspellen in welkemate deze tijdens een meetperio-de zullen voorkomen. In eenwindtunnel is dit eenvoudig in testellen. Metingen op ware grootteduren daarom lang, in dit gevalworden ten minste drie winter-periodes meegenomen;? de meetinstrumenten kunnenafhankelijk zijn van tempera-tuur en tijd. Het is dus zaak tij-dens de meting controlemecha-nismen in te bouwen om tezien in hoeverre de metingende beoogde nauwkeurigheidhebben. Met name lange-duurmetingen kunnen hier gevoeligvoor zijn;? insecten, zand en (regen- encondens-)water kunnen hetdrukmeetsysteem verstoppen.Hierop moet regelmatig wordengecontroleerd en moeten waarmogelijk vooraf maatregelenworden getroffen;? stroomuitval, bliksem en storin-gen in de computer of telefoon-verbinding zijn niet altijd directop te lossen. De meting wordtop afstand gestuurd en gecon-troleerd.V o o r l o p i g e r e s u l t a t e nNa ruim twee jaar meten is eengrote dataset beschikbaar op basiswaarvan verschillende conclusieskunnen worden getrokken. Voorde analyse van windbelasting zijnmetingen die boven een bepaaldewindsnelheid zijn geregistreerd,van belang. Er is in dit experimenteen gemiddelde windsnelheid van6 m/s als ondergrens gekozen.Een uitgebreide analyse isbeschreven in [4].Op basis van de metingen kunnennog geen voldoende betrouwbarewaarden worden afgeleid voor allewindrichtingen. Voor die wind-richtingen waarvoor dit wel moge-lijk is, zijn in figuur 6 de drukver-effeningsfactoren gegeven voortwee meetpunten op het buiten-spouwblad met open stootvoegen,voor middelingstijden van 0,1 en3,0 s. Bij een kortere middelings-tijd horen grotere extremen, maardit geldt zowel voor de externedruk als voor de drukverschillen.Het effect op de drukvereffenings-factoren is beperkt.De waarden voor Ceqdie hier zijngegeven betreffen de situatie metopen stootvoegen, waarbij de hoe-ken open zijn. De waarden liggentussen 0,4 en 0,5 voor onderdruken kunnen wat hoger zijn bij over-druk (zie meetpunt 4, bij wind-richting 60? ten opzichte van hetnoorden), oplopend tot 0,8. Dezewaarden zijn hoger dan voor dak-bedekkingen van toepassing zijnen liggen ook hoger dan de aanbe-velingen die in EN 1991-1-4 zijngeformuleerd. De invloed van dedoorstroming door de spouw is inde meetpunten waarschijnlijk nietmerkbaar, omdat tussen het meet-punt en de hoek van de gevel nogvoldoende ontluchtingsmogelijk-heden door open stootvoegen aan-wezig zijn. Om dit effect zichtbaarte krijgen, zou het effect van eengesloten spouwconstructie moetenworden onderzocht. Mogelijk datlopend onderzoek aan de TUEindhoven daar op termijn ant-woord op kan geven [5].T e n s l o t t eDe eerste resultaten geven aanlei-ding de verwachting te onder-schrijven dat toepassing van eenbuitenspouwblad met open stoot-voegen een reductie van de wind-belasting op de buitengevel geeft.Het reducerend effect is minderdan op voorhand op basis vanbeschikbare gegevens voor andereconstructies was ingeschat. Deresultaten zijn ook alleen voormetselwerk met open stootvoegenvan toepassing. Voor andere gevel-systemen die verschillen in uitvoe-ring en permeabiliteit, bijvoor-beeld met elementen vannatuursteen, zal een vergelijkbareexercitie tot praktisch toepasbaregetallen kunnen leiden.De metingen aan de woning inOpheusden duren nog tot voorjaar2007, vooral om de windrichtin-gen waarvoor thans nog te weinigTabel 1 | Permeabiliteit spouwmuur Wolfswaardwoning (in % van het totaleoppervlak)gevel stootvoegen buitenblad (%) binnenblad (%)noordwest gesloten 0,7 0,2noordoost gesloten 0,9 0,0open 2,3 0,2zuidoost open 2,1 0,1zuidwest gesloten 0,8 0,0open 3,3 0,2O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 5 690,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,000 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360windrichting (?)Ceq(--)Ceq, overdruk, t = 3 sCeq, onderdruk, t = 3 sCeq, onderdruk, t = 0,1 sCeq, overdruk, t = 0,1 s0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,000 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Ceq, overdruk, t = 3 sCeq, onderdruk, t = 3 sCeq, onderdruk, t = 0,1 sCeq, overdruk, t = 0,1 swindrichting (?)Ceq(--)resultaten beschikbaar zijn te regi-streren, en ook om ook de anderemeetpunten, met name met geslo-ten stootvoegen, in de analyse tebetrekken. nL i t e r a t u u r1. Geurts, C.P.W., M.S. de Wit,Windbelasting op gevelele-menten met een luchtspouw.Cement 2003, nr. 5.2. Geurts, C.P.W., P.C. van Staal-duinen, M.S. de Wit, Towardsa reliable wind loading of fa?a-de elements. Heron 2004, nr.3.3. Van Staalduinen, P.C., In situbepaling van de drukvereffe-ningsfactor. TNO Bouw rap-port B-92-0739.4. Geurts, C.P.W., P.W. Bouma,A. Aghaei, Pressure equalisati-on of brick masonry walls.Proceedings of 4EACWE, July11-15, 2005, Prague, publishedon CD.5. Li, C., M.S. de Wit, Pressureequalization: The full scaleexperiment in Eindhoven. Pro-ceedings of the Cost C14 Inter-national Conference on UrbanWind Engineering and Buil-ding Aerodynamics. VKI,Rhode St.-Genese, May 2004.ageslotenstootvoegenopenstootvoegentesthuisgeslotenstootvoegenopenstootvoegentesthuis8321mnopqmnopqefef456783214567b5 |a. Drukvereffeningsfac-toren voor meetpunt 2(boven) en meetpunt 4(onder) voor de aangege-ven zeven windrichtin-genb. aanduiding zevenwindrichtingen en meet-punten 2 en 4