Zijn scheuren zorgwekkend?4 201638Zijn scheurenzorgwekkend?1Scheurvorming bij metselwerk (1)Scheurvorming in metselwerk is regelmatig onderwerp van discussie tussen opdrachtgever, ontwer-per en uitvoerder. Wanneer is scheurvorming aanvaardbaar en wanneer is het schade? Wat zijn deoorzaken van scheurvorming en hoe kan dit worden vermeden of beperkt? Wat zijn de effecten vanscheurvorming en welke methoden voor scheurherstel zijn mogelijk? Een hele waslijst aan vragendie niet zo gemakkelijk te beantwoorden zijn. In een artikelenserie wordt een overzicht gegeven vande state of the art van scheurvorming in metselwerk en worden belanghebbenden uitgenodigd totdiscussie en ondersteuning voor verder wetenschappelijk onderzoek.Zijn scheuren zorgwekkend? 4 2016 39In dit eerste artikel wordt aandacht besteed aan de classificatievan scheuren, scheurpatronen en oorzaken van scheurvorming.In vervolgartikelen zal aan de orde komen: de problematiek vanscheurvorming bij buitenspouwbladen, een nieuwe methodevoor de bepaling van dilatatie-afstanden, en de scheurvormingbij dragende metselwerkwanden.Beoordelen scheurvormingUit de literatuur blijkt dat de meeste metselwerkgebouwengedurende hun levensduur op de een of ander manier scheurvor-ming vertonen. Het beoordelen van de scheuren in metselwerkis echter geen eenvoudige zaak. Voor wanden in schoonbetonof waterdicht beton bestaan richtlijnen voor de maximalescheurwijdte, maar voor metselwerk is dit niet het geval.De evaluatie van scheurvorming kan op verschillende manierengebeuren. Gaat het om een louter esthetische beoordeling?Betreft het scheuren die de veiligheid van de gehele constructieof constructieonderdelen in gevaar kunnen brengen? Wordende bruikbaarheidseisen (deuren klemmen, of glas breekt) ofbouwfysische prestatie-eisen (regen- en/of luchtdichtheid,akoestische prestaties, thermische isolatie, duurzaamheid) nietmeer gewaarborgd? Een correcte evaluatie van scheurvormingvereist een grondige inspectie. Hierbij moeten de volgendekarakteristieken worden onderzocht:- geometrie: scheurwijdte (van microscheuren, haarscheurenen barsten tot spleten), -lengte en vorm van de scheuren;- plaats: dwars door een steen, schuin door een steen, in destootvoeg, in de lintvoeg en een combinatie ervan; niet-door-gaande scheuren (aan ??n buitenoppervlak);- oorzaak: bouwfysisch (inwendige oorzaak: korte- en langeduur-belastingen op/in buitenspouwblad en verhinderde vervormingbuitenspouwblad door krimp, vochtvariatie, temperatuurvariatieen niet-homogene samenstelling), bouwtechnisch (uitwendigeoorzaak: vervormingen en belastingen aangrenzende constructie-delen); trekscheur versus schuifscheur;- evolutie: gestabiliseerde scheur en instabiele scheur (neemttoe in functie van de tijd).Aanvaardbare scheurvormingHet feit dat scheurvorming in metselwerk nagenoeg onvermijde-lijk is, impliceert dat dit in veel gevallen aanvaardbaar is. Maarwaar ligt de grens van aanvaardbare scheurvorming? Hierbijspelen de scheurwijdte, de locatie en de hoeveelheid scheureneen belangrijke rol. De beoordeling van al dan niet aanvaardbarescheurwijdten is tevens afhankelijk van de waarnemingsafstand.Hierover bestaan geen algemeen aanvaarde criteria. In de literatuurworden wel enige aanbevelingen gegeven. In zijn PhD-onderzoekheeft Udo Meyer een grafiek opgesteld die een relatie legttussen de aanvaardbare scheurwijdte en de afstand tussen dewaarnemer en de wand (fig. 2, [1]). Hieruit blijkt een lineairerelatie te bestaan tussen de waarnemingsafstand (a in mm) ende scheurwijdte die niet meer vanaf deze afstand waarneembaaris (wmaxin mm).max mm10 000aw =Voor een waarnemingsafstand van 1 tot 2 m is een scheur-wijdte van 0,1 tot 0,2 mm niet waarneembaar en derhalveaanvaardbaar.Een andere benadering is terug te vinden in de `Guide tostandards and tolerances' [2]. Hierin wordt aanbevolen hetoppervlak van een wand te beoordelen op een afstand vanminstens 1,5 m en worden scheuren in wanden onderverdeeldin vijf categorie?n gaande van haarscheurtjes met scheurwijdtekleiner dan 0,1 mm (categorie 0) tot ernstige scheurvormingmet scheurwijdten tot 25 mm (categorie 4) (fig. 3 en tabel 1).De categorie?n 0 en 1 met een scheurwijdte kleiner dan 1 mmworden beschouwd als fijne scheuren waarbij geen herstelprof. ir-arch. Dirk MartensTU Eindhoven (leerstoel Steenconstructies) /ABDM bvba Zingem (B)1 Scheurvorming in metselwerk2 Aanvaardbare scheurwijdte (wmax) als functie van de waarnemingsafstand a [1]Tabel 1 Classificatie van scheurwijdten volgens [2]beschrijving van een typische breuk en debenodigde reparatiebreukwijdtelimiet scheur-categoriehaarscheurtjes < 0,1 mm 0fijne scheuren die niet gerepareerd hoeven te worden < 1 mm 1scheuren zijn zichtbaar, maar makkelijk te vullen;ramen en deuren klemmen licht< 5 mm 2scheuren kunnen makkelijk worden gerepareerd; eenklein deel van de muur moet worden vervangen;deuren en ramen klemmen;leidingen kunnen breken;waterdichtheid vaak aangetast5 - 15 mm (of eengroep van diversebreuken van > 3 mm)3uitgebreid reparatiewerk bestaande uit uitbreken envervangen van delen van de muur, met name bovenramen en deuren;raam- en deurkozijnen zijn vervormd;wanden hellen en bollen zichtbaar, enig verlies vandragend vermogen balken;pijpleidingen zijn afgescheurd15 - 25 mm, afhankelijkvan aantal scheuren40,50,40,30,20,101 2 3 4 5 = ?waawprestatie-eisenlaaghoogzeer hoogscheuren nietwaarneembaarafstand a in m0,50,40,30,20,101 2 3 4 5 = ?waawprestatie-eisenlaaghoogzeer hoogscheuren nietwaarneembaarafstand a in m 2Zijn scheuren zorgwekkend?4 201640InspEctIng suRFAcEs FROm A nORmAl vIEWIng pOsItIOnGenerally, variations in the surface colour, texture and finish of walls, ceilings, floors androofs, and variations in glass and similar transparent materials are to be viewed wherepossible from a normal viewing position.A normal viewing position is looking at a distanceof .5 m or greater (600 mm for appliances and fixtures) with the surface or material beingilluminated by "non-critical light"."Non-critical light"2means the light that strikes thesurface is diffused and is not glancing or parallel to that surface.Slight variations in the colour and finish of materials do not always constitute a defect.DIAGRAM FnORmAl vIEWIng pOsItIOns1500 mmWall1500mmFloor1500 mmCeiling5 Mogelijke scheurpatronen: horizontale scheuren, getrapte en rechte verticalescheuren, diagonale scheuren en diverse combinaties6 Voorbeeld van scheurvorming door aardbeving in Groningen [6] foto:NAMPlatform Gaswinning en Aardbevingenverschijningsvorm of veiligheid. Voor situaties waarbij deveiligheid in het geding is, is de scheurwijdte op zich geencriterium, maar is de evolutie van de scheurwijdte een belang-rijker aandachtspunt.ScheurpatronenScheuren ontstaan als de optredende acties (belastingen, opge-legde vervormingen) leiden tot het overschrijden van de treksterktein het metselwerk. Scheuren kunnen zich manifesteren in desteen, de mortel, de interface tussen steen en mortel of in eencombinatie hiervan. Dit geeft aanleiding tot diverse scheurpatro-nen zoals weergegeven in fig. 5. Welk scheurpatroon optreedt,wordt bepaald door de verhouding tussen de optredende span-ningen en de treksterkte en buigtreksterkte van de stenen,mortel of de interface (hechttreksterkte) in de horizontale ofverticale richting.De relevante sterkte-eigenschappen (treksterkte, buigtreksterkte,schuifsterkte) kunnen experimenteel worden gemeten, terwijlde optredende trekspanningen moeten worden bepaald opbasis van een theoretisch model ofwel aan de hand vangemeten vervormingen.Oorzaak en gevolgHet bepalen van de oorzaken van scheurvorming is geeneenvoudige opgave aangezien het ontstaan van scheurendikwijls het gevolg is van een combinatie van factoren. Zoalsgezegd ontstaan scheuren als de optredende belastingen ofopgelegde vervormingen leiden tot het overschrijden van detreksterkte in het metselwerk. Tot optredende belastingenbehoren onder meer eigen gewicht, windbelasting, gronddruk-ken, impactbelasting, trillingen van machines, spatkrachten,puntbelasting bij opleggingen en momenten ten gevolge vanwand-vloerinteractie. Opgelegde vervormingen zijn het gevolgvan temperatuurvariaties, krimp, kruip, hygrische vervormin-gen, differenti?le vervormingen en opgelegde (dynamische)vervormingen ter hoogte van de funderingen (aardbevingen,verkeer, heien, zettingen door bronbemaling, of tunnelbouw).EvolutieIn artikel [4] geeft Roger Johnson een gedetailleerd overzichtvan mogelijke oorzaken van scheurvorming. Om het verbandtussen de waargenomen scheurvorming en de oorzaak ervan teachterhalen, is het essentieel de evolutie van de scheuren inbeeld te brengen. Scheurvorming die ontstaat ten gevolge vankrimp, kruip of zettingen van de funderingen, zal zich naverloop van tijd stabiliseren. Terwijl scheurvorming als gevolgvan seizoensgebonden temperatuurveranderingen of krimp enzwelling van kleigronden een cyclische evolutie ondergaat. Eennodig is. Eenzelfde classificatie is terug te vinden in de TBAManual 7 `Design Clay Masonry for Serviceability' [3], zoalsweergegeven in tabel 2.Het is opvallend dat bij de classificatie van scheurvorming geenonderscheid wordt gemaakt tussen verschillende typen metsel-werk. Het al dan niet aanvaardbaar zijn van scheuren is, naastde eerdergenoemde factoren, immers ook sterk afhankelijk vande kleur en textuur van stenen en mortel en van het type voeg-werk (metselwerk of lijmwerk al dan niet met open of verdieptevoegafwerking) (foto 6). Ook het gebouwtype en de ouderdomvan de constructie be?nvloeden de evaluatie van scheurvorming.Wanneer de eigenaar veel aandacht en financi?le middelenheeft besteed om een bijzonder architectonisch concept terealiseren, zullen haarscheurtjes als onaanvaardbaar wordenbestempeld. Voor een gebouw van twintig jaar oud waaraanweinig onderhoud is verricht, zal de eigenaar tevreden zijn alser alleen maar haarscheurtjes waarneembaar zijn. Volgens dePortland Cement Association (PCA) zullen scheuren tussen0,25 en 0,38 mm geen aanleiding geven tot klachten overTabel 2 Classificatie van schade bij metselwerkwanden volgens [3]schade categorie typische schade en consequenties geschatte breuk-wijdte limietverwaarloosbaar 0 alleen haarscheurtjes < 0,1 mmheel weinig 1 fijne scheuren die niet gerepareerd hoeven te worden < 1 mmweinig 2 scheuren zijn zichtbaar, maar makkelijk te vullen;ramen en deuren klemmen licht< 5 mmgemiddeld 3 scheuren kunnen worden gerepareerd en er isminimale vervanging van de muur nodig;ramen en deuren klemmen;verlies van dragend vermogen van balken;mogelijk scheuren van pijpleidingen;aantasting van waterdichtheid5 - 15 mm (of eengroep van diversebreuken van > 3 mm)heel erg 4 uitgebreid reparatiewerk en vervanging van delenvan de muur;vermorming van muren;balken verliezen dragend vermogenzichtbare vervorming van muren;los scheuren van pijpleidingen15 - 25 mmvloer1500 mmmuur1500mm3 Normale kijkposities4 Aanvaardbaarheid scheuren isafhankelijk van o.a. voegwerk3Zijn scheuren zorgwekkend? 4 2016 41An extensive study on cracking inbrick and block masonry waspublished by Sorensen and Taskerin 197613. Crack types wereidentified as:? Vertical ? extending throughperpends and masonry units.? Horizontal ? along a bed joint.? Stepped ? through bed andperpend joints.? Cogged ? following bed andperpend joints in a verticaldirection.? Combined ? any combinationof these.These crack types are showndiagrammatically in Figure 1. Thecracking pattern is influenced bymany factors, including the relativestrength of the joints and themasonry units, the presence ofopenings or other points ofweakness, the degree of wallrestraint, and the cause of thecracking itself. A more detaileddescription of the causes andeffects follows.Figure 1. Crack types in masonry4.2.1 GeneralCode (AS 3600)Code (AS 4100)walls.Cogged crack Horizontal crackCombined horizontal& stepped crackStepped crack Vertical crackprogressieve toename van de scheurwijdte komt onder meervoor ten gevolge van spatkrachten bij hellende daken, bijverzakkingen onder funderingen door lekkende afvoerbuizen,krimp van kleigronden veroorzaakt door bomen, chemischereacties in het metselwerk en corrosie van spouwankers. Inhaar PhD-onderzoek aan de TU Delft [5] heeft Ilse de Vent eendiagnostische tool ontwikkeld om het verband tussen scheur-vorming en oorzaken te formaliseren. Ook andere onderzoekershebben zich verdiept in de relatie tussen oorzaak en gevolg vanscheurvorming. Het is echter opvallend dat bij deze onderzoekennauwelijks of geen aandacht is besteed aan scheurvorming tengevolge van tektonische of ge?nduceerde aardbevingen, in hetbijzonder met betrekking tot de typische Nederlandse bouw-wijzen (foto 4). Dit is een blinde vlek in de diagnostiek vanscheurvorming bij metselwerk.ConclusieScheurvorming bij metselwerk beroert de gemoederen. Heeldikwijls is dit onterecht aangezien de scheurvorming slechtszelden de veiligheid van de constructie ondermijnt. Indien eenaardbeving de oorzaak is van scheurvorming, is het aangewezenom de impact van de scheurvorming grondiger te evalueren.Scheurvorming kan immers de respons van het gebouw bij eenvolgende aardbeving aanzienlijk be?nvloeden. Gezien dehuidige problematiek van scheurvorming in gemetselde gebouwenin de regio Groningen [4], heeft de leerstoel Steenconstructiesvan de TU Eindhoven een wetenschappelijk onderzoek ingezet.Doel is het objectief kunnen vaststellen van het oorzakelijkverband tussen ge?nduceerde aardbevingen en scheurvormingin het metselwerk. Met deze artikelenreeks wordt een oproepgedaan aan alle belanghebbende partijen om een bijdrage televeren aan dit onderzoek. LITERATUUR1 Meyer, U., Zur Rissbreitenbeschr?nkung durch Lagerfugenbe-wehrung in Mauerwerkbauteilen, PhD-thesis, IBAC, Aachen, 1996.2 Victorian Building Commission, Guide to standards and tolerances,Melbourne, 2007.3 TBA, Manual 7 Design Clay Masonry for Serviceability, 2009.4 Johnson, R., Cracking in Low-rise Buildings ? a methodology for diag-nosing the cause, 9th International Structural Faults and RepairConference, Engineering Technics Press, Edinburgh, 2001.5 de Vent, I., Structural damage in masonry, developing diagnosticdecision support, PhD thesis, TU Delft, 2011.6 NAM, Handboek aardbevingsschade, 2015.getande scheur horizontale scheurgetrapte scheur gecombineerde, horizon-tale en getrapte scheurverticale scheur456