IUTILITElTSBOUW IALGEMEENONTWERP IEEN MESTSILO VANSPUITBETONir.P.:B.Hangelbroek, Hoofdafdeling Bedrijfsgebouwen, IMAG, Wageningenir.D.G.Mans, Ingenieursbureau Grabowsky & Poort bv, 's-GravenhageAls binnenkort de wet Bodembescherming en deMeststoffenwet van kracht worden, zal ditverstrekkende gevolgen hebben voor de landbouw inNederland. Gedurende enkele maanden per jaar mogenmest en gier niet meer over het land wordenuitgereden. Ook de uitstoot van gassen uit demestopslag dient tot een minimum te worden beperkt.De opslagcapaciteit voor mest moet worden vergrootop de bedrijven. Onlangs is een proefsilo gebouwd vanspuitbeton, op een draagluchthal als bekisting.Ontwerp en uitvoering worden toegelicht.D? e Hoofdafdeling Bedrijfsge-bouwen van het IMAG te Wa-geningen heeft een nieuw typemestopslagsilo ontworpen, waarbijdoor integratie van dak en wand eenemissievrije silo kan ontstaan. Hiertoeworden bolvormige silo's gemaakt doorspuitbeton op een mal in de vorm vaneen draagluchthal aan te brengen. Naverharding van het beton kan de malworden verwijderd en opnieuwwordengebruikt. De gassen d?? tijdens het ge-bruikin de silo ontstaan, kunnen op ge-controleerde w?jze worden afgevoerden v?a een biobed b?olog?schworden af-gebroken.Bet ontwerp ?s door.een team, naast hetIMAG bestaande uit IngenieursbureauGrabowsky & Poort, Vogel Spuitbetonen Albers nader uitgewerkt en op haal~baarheidonderzocht.U?teindelijkheeftdit gele?d totdebouwvan een proefs?lo op het bedrijfvan deheer Boeijen te Od?liapeeLIn dit art?kel wordt nader ingegaan openkele ontwerpoverwegingen en con-structieve aspecten, alsmede de bouwvan ~e proefs?lo met de daar opgedaneervanngen.VormkeuzeBij debepalingvandevormspelenener-z?jds overwegingen betreffende hete?ndprodukt een rol, anderzijds stelt devooropgezette fabricagew?jze duidelij-ke e?sen.De tank diende in eerste ?nstantie ca.700 m3?nhoud te hebben met perspec-tiefvoor grotere opslagcapac?te?ten. Dete bergen mest kanals eenvloe?stofwor-den beschouwd met een soortelijkemassa als die van water. De tank dientn?et al te hoog te zijn in verband met v?-suele acceptatie ?n het landschap end?ent een redelijke benuttingvan de be~nodigde grondoppervlakte te bieden.Een draagluchthal ontleent zijn vorm-vastlleid aan voorsp'anning van eendoekconstruct?e (membraam), gereal?-seerd door overdruk. D?t le?dt tot bollevormen. Dit houdt tevens de conse-quentie ?n, dat de u?te?ndelijke tank-wand onder ?nvloed van een ?nwend?gevloe?stofdruk op trek zal worden belast.In aanmerk?ng komende vormen zijnonder meer delen van omwentel?ngs-schalen, zoals een bol, ell?pso?de ofeendruppelvorm. De gekozen halve ell?p-soide le?dt bij de gewenste max?malehoogte enopslagcapac?te?ttot een rede-l~ke benutting van het grondoppervlak(fig. 1).1 Dwarsdoorsnede over de tankwandDe gekozen schaalvonn is een halve ellipso?de 2 Maatvoering van de ellipso?debYy=bxa24VORM DOORSNEDEIx2 y2~+~=102 b2Cement 1987 nr. 7Bij het ontwerp van de tankbodem isuitgegaan van een draagkrachtige on~dergrond eneengrondwaterstand op ca.0,50 m onder maaiveld. De tankbodemis als plaatontworpen meteenminimaalafschot naar het midden in verband metafvoer en eenligging boven ofnet in hetgrondwater ter voorkoming van groteopwaartse waterdruk bij een lege tank.De tankbodem dient tevens als funde-ring en verankering van de tankwand.Het krachtenspelDe optredende membraamkrachtenkunnen met de schalentheorie wordenberekend. Bij de gekozen ellipso?de iszowel de belasting door overdruk als devorm axiaal symmetrisch; voor isotropemateriaaleigenschappen zijn de relatiestussen membraamkrachten en belastingeenvoudig aan te geven (fig. 2 en 3).Voorwaarde voor de vormvastheid vaneen draagluchthal is dat in alle richtin-gen op iedere plaats trekspanningen inhet doek heersen. Voor een ellipso?dekan eenvoudig worden afgeleid dat on-der invloed van een gelijkmatige in~wendige overdruk aan genoemde voor-waarde wordt voldaan mits: a/b ~ 1,4.De draagluchthal is dan in staat een uit-wendige druk, gelijk aan de inwendigedruk op te nemen. Gekozen is een ellip~so?demeta ~ 7,5 men b ~ 5,8 m(a/b-1,29) met een inwendige overdruk van2,5 kN/m2?Deoptredende trekkrachteninhetdoekbedragen maximaal 12,1 kN/m; bij degekozen doekkwaliteit betekent dat eenca. 7-voudige veiligheid op breuk.De membraamkrachten bij de gekozentankvorm onder invloed van een in-wendige vloeistofdruk volgen uit deeerder genoemde relaties {ziefig. 2 en 3).Hetverloopvan de membraamkrachtenis voor een volledig gevulde tank aange-geven in figuur 4. Opgemerkt wordt,dat de maximale trekkracht voor de el~lipso?de ten opzichte van een cilindri-sche tankvorm met dezelfde hoogte endiameter ca. 27% lager is en ten opzichtevan een cilindrische tankvorm met de-zelfde diameter en inhoud ca. 10%hogeris. Laatstgenoemde is relevant voor eenvergelijking met een cilindrische rankmet separate dakconstructie.Membraamkrachten ten gevolge vansymmetrische belastingen uit eigen ge~wicht, wind en sneeuw zijn eveneensvolgens figuur 2 en 3 te bepalen. Asym~metrische belastigen door sneeuw ofwind zullen, gezien de grootte ten op~zichte van de symmetrische belastingenen de schaalafmetingen, van onderge~schikte betekenis zijn.Ter plaatse van de aansluiting tank~wand-tankbodem treden randversto-ringen op, doordat de tankwand nietonafhankelijk van de bodem kan ver-vormen. Als gevolg van gedeeltelijkeinklemming treden buigende momen-ten op inde tankwand;de groottevan demomenten en het gebied waarin dezeoptreden is afhankelijk van tankdiame-ter, wanddikte en materiaaleigenschap~pen.De tankwand vormt samen met de alsmembraam fungerende bodemplaateen stijve constructie. Een extensielozevervorming, zoals die bij een cilinder-wand kan optreden, is hier niet moge-lijk. Dit betekent dat stijfheidsverschil-len in de ondergrond direct onder detankwand leiden tot inwendige krach~ten in de tankwand.Temperatuurverschillentussenbinnen-en buitenzijde van de tankwand leidentot momenten en kunnen worden be~schouwd als opgelegdevervorming.Eentemperatuursveranderingoverde gehe~Ie doorsnede leidt tot randverstoringenterplaatsevan deaansluiting tankwand-tankbodem.Wandopbonw en uitvoeringsme-thodiekUit het buitenland zijn diverse ervarin~gen bekend van betonschalen, gereali~seerd met opblaasbare bekisting. Hetbetreftvoornamelijkdakconstructiesenopslaghallen van stortgoederen. Eensysteem .onder de naam Binishell gaatuit van een, op de nog niet opgeblazenluchthal, neergelegde spiraalwapeningmet betonmortel en afdekking, die inzijn geheel wordt opgericht door aan~brengen van overdruk, waarna nog ver-dichting plaatsvindt door oppervlakte-vibrators.Eenanderemethodeis hetop-richten van een draagluchthal, het aande binnenzijde opspuiten van polyure~thaan foam, ophangen van de wapeningen spuiten van beton. Ook zijn con~structies bekend, waarbij de staafwape-ning geheel doorvezelwapening is ver-~ ~eD1braanikrachten 4 Verloop van de D1eD1braanikrach-ten ten gevolge van vloeistofdrukxBOOGKRACHT ? Ntf: 21rX~N"RINGKRACHT ? Na: r2 1. Z. !i:l)rlWAARIN R: RESULTEFENDE KRACHT OP AFGESNEDEN DEELZ: KRACHT PER EENHEID VAN OPPERVLAK DP WANDCement 1987 nr. 7y5.8m'-----'- 73 kN/m'y5.8m1-- --'>.-318 kN/m'25Gekozen is voor portlandvliegascementmede met het oog op de snelheid vanbinding en beperkte gevoeligheid voornabehandeling.De corrosie van de staalvezels zal vanafhet binnenoppervlak starten; uit litera-tuur en praktijk is bekend dat hetvolu-me van de vezels dermate klein is dat degecorrodeerde vezels het beton niet uittron een aparte studie naar de duur~zaamheid van mestopslagkelders ver-richt; een uitgebreide beschouwing valtbuiten het kadervan ditartikel.Volstaanwordt met het weergeven van de filoso-fie- met betrekking tot duurzaamheidvoorde hier besproken mestopslagtank.Het milieu in de tank, met name bovenhet vloeistofniveau, is agressiefvoor be-ton (zwavelzuuraantasting). Daaromwordt gestreefd naar een zeer dichtedeklaag (de opbouwwijze van de tank isdaarbij gunstig, aangezien de binnenzij-de niet snel zal uitdrogen tijdens de ver-harding, door de aanwezigheid van dedraagluchthal). Gestreefd wordt naareen water-cementfactor kleiner dan0,45 en een waterindringing volgensDIN 1048 kleiner dan 30 mmo De dek-kingop de constructievewapeningin dewand bedraagt theoretisch 60 mm; aan-gezien drukspanningen en buigendemomenten in de wand niet maatgevendzijn, zou deze laag voor een belangrijkdeel mogen worden aangetast (opoffe-ringslaag).5 8 Enkele opnamen van de bouw- van de proefsUo te OdUiapeel.met behulp van een opblaasbare bekis-ting. Na het opblazen van de bekistingwordt een eerste laag spuitbeton aange-bracht. versterkt met staalvezels. Hier-mee ontstaat een harde ondergrond vOorhet stellen van de wapeningDuurzaamheidIn opdracht van het IMAG is door In-De eerste lagen die worden opgebracht,moeten een harde ondergrond voor dewapening gaan vormen en vormvastzijn. Geringewisselingeninde overdrukalsmede krachten uit wind eu/of rem-peratuurwisselingen moeten in deze fa-se zonder staafwapening kunnen wor-den opgenomen zonder de samenhangteverliezen.Mededaaromis bij debouwvan het prototype de eerste laag uitge-voerd met staalvezelspuitbeton. Deoverdruk in de draagluchthal moet vol-doende zijn om het gewicht van de nogonverharde betonrnortel te dragen. Naverharding wordt de wapening aange-bracht, waarna de wandbopbouw kanworden voltooid met een deklaag vanspuitbeton. Na verharding kan de over-druk, welke uit veiligheidsoverwegin-gen tot dat moment is gehandhaafd, ge~stoptworden enwordt de draagluchthalverwijderd.in dit geval dan ook noodzakelijkgeacht. Een tankwand van ferrocementis uit het oogpunt van waterdichtheidzeer aantrekkelijk; de arbeidsintensieVeuitvoering maakt een dergelijke oplos-sing echter nietaantrekkelijk. Opgrondvan deze overwegingen is voor de wandin eindfase gekozen voorgewapend be-ton met gedeeltelijke ringvormigevoorspanning.IALGEMEENONTWERPIn eindtoestand moet de tankwand vol-doende sterk en waterdicht zijn en vol-doende vervormingscapaciteit bezitten.Overwogen zijn wanden van betonver-sterkt met staalvezels, ferrocement engewapend beton; alle oplossingen kun-nen gecombineerd worden met (ge-deeltelijke) voorspanning.Een wand bestaande uit staalvezelbetonalleen zou uit het oogpunt van uitvoe-ring aantrekkelijk kunnen zijn. De ver-vormingscapaciteit en taaiheidseigen-schappen zijn echteronvoldoende bij de(met het oog op diezelfde uitvoering) inaanmerking komende staalvezeltypen.Een aanvullende staafwapening wordtvangen. Optredende uitvoeringspro-blemen zijn onder meer:- afglijden beton bij te snel spuiten;- bezwijken door wegvallen luchtdrukofdoor te grote overdruk;- omhoog komen fundering bij onvol-doende zwaarte;- bezwijken door te dunne schalen tengevolge van de gebrekkige maatvoe~ring.Hetspuiten van betonaan de binnenzij-de van de draagluchthal is met het oogop uitschakeling van weersinvloedenaantrekkelijk, maar, zeker in het gevalvanvloeistofopslagtanks, onpraktischinverband met de vereiste toegang. Geko-zen is voor een opbouw aan de buiten-zijde met de zogenaamde droge spuit-methode.IUTILITEITSBOUW26 Cement 1987 nr. 7elkaar kunnen drukken (zoals ditbij sta-ven wel gebeurt).Ervaringen met de bouw van hetprototypeBij de bouwvanhetprototypezijn, niet-tegenstaande voorafgaand vooronder-zoek, enkele zaken naarvoren gekomen,die nader dienen te worden bestudeerd.1. Regeling van de luchtdruk in de malDoor verschillende invloeden kan wis-selingvandeluchtdrukinde draagluch-thal optreden. De mal wordt dan merk-baar groter ofkleiner, zodat er scheurenkunnen ontstaan. Luchtlekken die terplaatse van de aansluiting van de malaan de fundering aanwezig zijn, wordenlater met beton 'dichtgespoten'. Zij ge~ven echter als ze dicht zijn vaak een on-verwachte drukverhoging in de draag~luchthal, met als gevolg een vergrotinghiervan. Een eenvoudige remedie hier-tegen is het plaatsen van een drukrege-ling tussen de ventilator en de draag-luchthal.2. Weersinvloeden tijdens de bouwAl bij geringe regenval is het niet goedmogelijk beton te spuiten. Het kunst-stofdoek, waarvan de mal is gemaakt,aborbeert geen water. Alle regen die er-op valt loopt dus direct naar beneden enbe?nvloedt de betonsamenstelling tij-dens het spuiten. Het afspoelen van versgespoten beton is overigens niet gecon-stateerd.Cement 1987 nr. 73. Maatvoering tijdens het spuiten vanbeton (onvoldoende laagdikte)De maatvoering, dus het spuiten metoveral dezelfde dikte van het beton isvan belang. Duidelijkis dat prikken meteen frequentie van eenmaal per m2omde dikte te meten, nietvoldoende is. Ge-dachtwordt??noftweepvcslangenmetde juiste diameter op de mal te leggen,die dan als gebogen reien werken.4. Dosering en werking staalvezelsZoals in het voorafgaande is besproken,zijnstaalvezels in de eerste laag toege-past om een betere verdeling van descheuren te bereikenenvoor het stabili-seren van de vorm. Het verdelen van descheuren is bij de uitvoering van hetprototype niet veel verbeterd. Een ge-lijkmatige doseringvan devezels tijdens.. het mengen van de mortel blijkt moei-lijk uitvoerbaar. Bij boorkernen uit degespoten silowand is gebleken, dat opsommige plaatsen meer dan de gewen-ste 60 kg/m3aanwezigwas en op andereplaatsen minder dan 45 kg/m3? Over-wogenwordt nu om de staalvezelsvoor-taanweg te laten en een lichtewapeningtoe te passen, zoals gaas.5. Uitvoering stortnadenAangezien het spuiten van de silo, zelfsmet meerdere spuiters, nooit in ??n dagkangebeuren, moetende stortnadenge~spoten worden met een ruime overlap,van minimaal 0,25 m.Na het stellen van de wape-ningwordtde defmitieve be-tonlaag opgespoten. Ten behoeve van deduurzaamheid wordt een wcflager dan0,45 nagestreefd. Tenslotte wordt hetkunststofdoek via de opening boveninverwijderd t.b.v. een volgend gebruikfoto's IMAG, WageningenConclusieWanneer de draagluchthal meerderemalen gebruikt kanworden, zijn de 'be-kistingskosten' gering. Bij de uitvoeringvan de eerstesilo is gebleken daternage-noeg geen slijtage aan was opgetreden.De fabricage van de constructie is een-voudig en doelmatig, zodat deze zekermogelijkheden biedt voor het makenvan relatief goedkope bouwwerkenvoor het opslaan van landbouwproduk-ten.Inmiddels heeft de Hoofdafdeling Be-drijfsgebouwen van IMAG eenontwerpgemaakt voor een aardappelbewaar-plaats (met een capaciteitvan 1200 ton)met toepassing van bovengenoemdebouwtechniek.Literatuur1. Theory of plates and shells, Thimosenko,Woinowsky-Krieger2. Air supported forms, Concrete International1986, nr. 13.Randstoringen bij axiaal symmetrischbelasteomwentelingsschalen, me mededelingen 6(1958) nr. I4. Betonconstructies in de civielegezondheids-techniek deel 1 en 2, proEdr.irA.S.G.Brugge-ling; Prof.Bakkerfonds, 19865. Betoniek 7/6 en 7/14; VNC, 's-Hertogen-bosch27