O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonm echanica82 cement 2006 8deflectieprof.ir. H.W. BennenkAansluitvlakken in zelfverdichtend beton (ZVB) ogenglad. Dat leidt tot vragen over de schuifcapaciteit vanaansluitvlakken. Een daarvan is of mag worden gerekendmet de waarden voor `normaal' (getrild) beton (NB)zoals vermeld in VBC en Eurocode. Als vervolg op eeneerder uitgevoerd verkennend onderzoek is besloten eenomvangrijker onderzoek uit te voeren. Aldus kunnenmeer variabelen worden onderzocht.De schuifcapaciteit van aansluitvlakken heeft, medevoor de prefab-betonindustrie, een aantal belangrijkeaspecten. Zo kan sprake zijn van een geprefabriceerdelement uitgevoerd in NB dat op de bouwplaatswordt voorzien van een opstort in ZVB. Uiteraardkan ook sprake zijn van de omgekeerde situatie of issprake van een ZVB-opstort op een ZVB-element.Op verzoek van BELTON, de producenten van con-structieve elementen binnen de BFBN, is reeds eenaantal standaard schuifproeven uitgevoerd. Hieroveris eerder in Cement gerapporteerd [2]. Hoewel aldusal een redelijk goed inzicht is verkregen, wordt doorBELTON-bedrijven en de TU/e een omvangrijkeronderzoek uitgevoerd, zodat meer variabelen kunnenworden getoetst.S c h u i f c a p a c i t e i tRekenregels uit de voorschriften zijn gebaseerd opmodellen waarvan de achtergronden schematischzijn weergegeven in de figuren 1 en 2. Figuur 1 toonteen aansluitoppervlak waarbij onder invloed van eenzekere langsschuifkracht de initieel aanwezige hech-ting (cohesie) tussen de betonlagen is verbroken. Hetcontact tussen toeslagmateriaal en matrix leidt nietalleen tot een langsverschuiving van de twee betonla-gen ten opzichte van elkaar, maar ook tot een ver-plaatsing loodrecht op dit aansluitvlak [3]. Als beton-staal aanwezig is, wordt dit geactiveerd, zowel doorde langsverschuiving (deuvelwerking, zie fig. 2) alsdoor de verplaatsing hier loodrecht op (krachtswer-king in axiale richting van het betonstaal).Volgens art 8.2.5 NEN 6720 [4] is de uiterst opneem-bare schuifspanning:(1)u ksAsv fsbwkb fb+=u ksAs fsAbkb fb ksFpw Nd?( )Ab+ +=vRdi ?As fy d;Abcfctd ?n+ +=waarin:ksis de wrijvingsco?ffici?nt (tabel 1);kbis een cohesiefactor (tabel 1);Asvis de afschuifwapening per eenheid van leng-te loodrecht op het aansluitvlak;fsis de rekenwaarde van de treksterkte van hetbetonstaal;fbis de kleinste waarde van de rekenwaarde vande betontreksterkte van beide delen.In art 8.2.1 NEN 6723 [5] wordt formule (1) uitge-breid met een component die de invloed van een nor-maalspanning op het aansluitvlak verdisconteert. Bijeen betonoppervlak Ab= bw. l volgt:(2)u ksAsv fsbwkb fb+=u ksAs fsAbkb fb ksFpw Nd?( )Ab+ +=vRdi ?As fy d;Abcfctd ?n+ +=waarin:Fpwis de werkvoorspankracht (bij druk < 0);Ndis de rekenwaarde van de normaalkracht in deuiterste grenstoestand (bij trek > 0).De Eurocode 2, art. 3 van NEN-EN 1992-1-1 [6], toonteen qua opbouw overeenkomstige vergelijking. Voorwapening loodrecht op het aansluitvlak ( = 90?) isdeze:(3)u ksAsv fsbwkb fb+=u ksAs fsAbkb fb ksFpw Nd?( )Ab+ +=vRdi ?As fy d;Abcfctd ?n+ +=De schuifcapaciteit van aansluit-vlakken bij toepassing van ZVB1 |Door aggregate interlockleidt een schuifspanning niet alleen tot een ver-plaatsing evenwijdig aanhet scheurvlak, maar ooktot een verplaatsing hierloodrecht op [3]2 |Wapeningsstaaf onder-worpen aan een langs-verplaatsing en een ver-plaatsing in axialerichtingO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonmechanicacement 2006 8 832002002003003007575150900200505010090010010010020040050 50100waarin:vRdiis de uiterst opneembare schuifspanning inhet aansluitoppervlak (vergelijkbaar met u);fctdis de kleinste waarde van de rekenwaarde vande betontreksterkte van de samenstellendedelen (vergelijkbaar met fb);fy;dis de rekenwaarde van de vloeigrens of 0,2%rekgrens van het betonstaal (vergelijkbaar metfs);nis de normaalspanning op het aansluitvlak(vergelijkbaar met (Fpw? Nd)/Ab);c is een cohesiefactor (vergelijkbaar met kb);? is een co?ffici?nt voor het staal dat het aan-sluitvlak doorsnijdt (vergelijkbaar met ks).De gebruikte co?ffici?nten c en ? hebben een anderewaarde dan de kben ksvan de VBC (tabel 2).P r o e f p r o g r a m m aIn een uitgebreid experimenteel onderzoek wordtonderzocht of de theorie?n uit de voorschriften ookmogen worden toegepast als sprake is van ZVB.Daartoe wordt gebruikgemaakt van drie typen proef-stukken.Figuur 3 toont een standaard proefstuk in de opstel-ling. Het proefstuk is opgebouwd uit twee tegenelkaar gestorte L-vormige delen. De sterkteklassenC35/45 (NB) en C53/65 (ZVB en NB) worden toege-past. Figuur 4 toont het aansluitvlak (300?x 200 mm2)dat ontstaat als een helft is gestort. De ruwheid vandit aansluitvlak kan door de wijze van bekisten ofbewerken worden be?nvloed. Tevens kunnen hoeveel-heid en positie van het aanwezige betonstaal wordengevarieerd.In figuur 5 is een tweede proefstuktype in de opstel-ling getoond. Het betreft in twee lagen van 50 mmhoogte gestorte prisma's met een lengte van 500 mmen een breedte van 100 mm. De onderste helft vanhet proefstuk is voorzien van een zware buigwape-ning. In het schuifvlak is geen wapening aanwezig.Het derde proefstuktype betreft twee tegen elkaargestorte kubussen (riblengte 150 mm). Betonstaal inde vorm van haarspelden doorsnijdt het aansluitvlak.De belasting wordt aangebracht volgens het schemagetoond in figuur 6. De positie van de opleggingen iszodanig, dat in theorie alleen een dwarskracht in hetaansluitvlak optreedt.Voor de aansluitvlakken worden de volgende bekis-tingsopties onderzocht:? bekisting (standaard ruwe, ongeschaafde delen, eengetand profiel, een tranenplaat (profieldiepte 2 mm)of een structuurmat).De bewerkingsopties zijn:? onbewerkt laten;? mechanisch bewerken (met luchtdruk na circa2 uur, bezemen na circa 1 uur of stralen met grit);? chemisch bewerken (een oppervlaktevertrager toe-passen en de volgende dag spoelen ofwel een hecht-emulsie toepassen);? instrooien met toeslagmateriaal (met grind (grof offijn) of zand).Ook wordt onderscheid gemaakt tussen een nat-op-nat (non) en een nat-op-droog (nod) storttechniek: detweede helft van een proefstuk wordt gestort 1 ? 2uur, respectievelijk 14 dagen nadat de eerste helft isgestort.De gehanteerde bekistings- en bewerkingsopties wor-den gekoppeld aan de te verwachten aard van hetaansluitvlak (tabellen 1 en 2). Hierbij wordt de vol-gende classificatie gehanteerd:bekistingsopties:? standaard ruwe, ongeschaafde delen = VBC2, EC1;? getand profiel = VBC4, EC4;? tranenplaat = VBC1, EC1;? structuurmat = VBC4, EC2.Tabel 1 |De co?ffici?nten kben ksvoor diverse aansluitvlakken [4]aard van het oppervlak van het aansluitvlak kbkscodegladenmetstaalbekistoppervlak 0,1 0,4 VBC1methoutbekistoppervlak 0,2 0,6 VBC2onbewerktstortvlak 0,3 0,8 VBC3opgeruwdstortvlak 0,4 1,0 VBC4Tabel 2 |De co?ffici?nten c en ? voor diverse typen aansluitvlakken [6]aard van het oppervlak van het aansluitvlak c ? codezeerglad:eenmetstaal,kunststofofglad 0,25 0,5 EC1plaatmateriaalbekistoppervlakglad: door `slipform'techniek, of een gestort 0,35 0,6 EC2oppervlakdatnahettrillennietisnabewerktruw:minimaal3mmhoogteverschilper40mm 0,45 0,7 EC3tussenafstanddooreenhark,toeslagmateriaalofopanderewijzegelijkwaardiggerealiseerdgeprofileerd:profileringvanhetaansluitvlak 0,50 0,9 EC4als `indented construction joint'3 |Kop- (links) en zijaan-zicht (rechts) van hetstandaard proefstuk. Degetekende bouten die-nen om het proefstuk tij-dens transport niet tebeschadigenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonm echanica84 cement 2006 8bewerkingsopties:? onbewerkt = VBC3, EC2;? mechanisch bewerken = VBC4, EC3;? chemisch bewerken;? oppervlaktevertrager = VBC4, EC3;? hechtemulsie = VBC3, EC2;? instrooien met toeslagmateriaal:? grind = VBC4, EC3;? zand = VBC3, EC2.De proefstukken worden per onderzochte variant inzesvoud geproduceerd en verharden in een geconditi-oneerde ruimte. Daarin worden ook de controle-/ver-hardingskubussen geplaatst. Deze worden zowel bijhet storten van de eerste als de tweede helft van eenproefstuk vervaardigd. Beproeven heeft plaats als hetbeton van de `eerste helft' van een proefstuk eenouderdom van 28 dagen bereikt. Bij de non-proef-stukken is dan ook de `tweede helft' van het proefstuk28 dagen oud; bij de nod-proefstukken is de ouder-dom 14 dagen. Van de controlekubussen worden dedruk- en splijttreksterkte bepaald.Als in proefstuktype 1 (standaard proefstuk) beton-staal wordt toegepast, is dit aanwezig in de vorm vantwee haarspelden die het aansluitvlak loodrecht door-snijden. Bij een kenmiddellijn van 8 mm komt ditovereen met een wapeningspercentage van 0,34%(betrokken op het aansluitvlak van 300 x 200 mm2).De proefstukken van type 1 worden in een drukbankgeplaatst en belast tot breuk. De werklijn van dekracht valt in het aansluitvlak (fig. 3). Verplaatsings-opnemers registreren zowel aan de voor- als achter-kant van het proefstuk de vervormingen in en lood-recht op het aansluitvlak.Bij type 2 worden de proefstukken op driepuntsbui-ging belast (fig. 5). De overspanning is 400 mm.Bezwijken treedt op als ofwel afschuifbuig- of afschuif-trekbreuk ofwel door afschuiven over het aansluitvlak.In het eerste geval wordt een ondergrens voor deschuifsterkte gevonden en als zodanig verwerkt in deanalyse. Figuur 7 toont beide bezwijkvormen.E v a l u a t i e r e s u l t a t e nDe bezwijkkrachten worden omgezet in een schuif-spanning bij breuk. De resultaten worden vergelekenmet hetgeen voor de betreffende betonsterkteklassenvolgens NEN 6720, NEN 6723 en Eurocode 2 wordtverwacht op basis van de vermelde classificatie. Daar-bij moet worden aangetekend dat, aangezien sprake isvan een vergelijking met proefresultaten, gemiddeldemateriaaleigenschappen per serie worden ingevoerd.De gemiddelde betontreksterkte wordt berekend uit deexperimenteel vastgestelde betonsplijttreksterkte, reke-ning houdend met het feit dat sprake is van een splijt-proef en geen zuivere trekproef: fb= 0,93 fb, splijt, gem.[7].Bij de non-proefstukken worden de 28-daagse waar-den gebruikt; bij de nod-proefstukken de waardenverkregen voor de als tweede gestorte laag beton.Deze heeft een ouderdom van 14 dagen.Voor het betonstaal wordt voor de gemiddelde vloei-grens gerekend met fs= 560 N/mm2.Bij proefstuktypen 1 en 3 wordt alleen gerekend meteen schuifspanning in het schuifvlak. Bij type 2 daar-entegen is tijdens het belasten ook sprake van eennormaaldrukkracht op het schuifvlak (fig. 5). Veron-dersteld wordt dat deze gelijkmatig verdeeld aanwe-zig is over het gehele schuifvlak van 400 x 100 mm2.De schuifspanning in het horizontale schuifvlak (hetverbindingsvlak tussen de twee prisma's) is gelijk aande op dat niveau door de dwarskracht in een verticaledwarsdoorsnede veroorzaakte schuifspanning. Laatst-genoemde is gelijk aan 1,5 maal de over die verticaledwarsdoorsnede (breedte 100 mm, hoogte 200 mm)gemiddelde schuifspanning.Uit een vergelijking tussen experimenteel verkregenen theoretisch berekende schuifsterkten blijkt datenkele bekistings- en bewerkingsopties anders moe-ten worden `ingeschaald' om goede overeenstem-ming tussen theorie en experiment te verkrijgen. Ditis vermeld in tabel 3. Twee opeenvolgende cijfersgescheiden door een liggend streepje verwijzen daar-bij naar het hanteren van co?ffici?nten die het gemid-delde zijn van de waarden die voor de twee genoem-de klassen worden aangehouden. In enkele situatiesmoet voor de cohesiefactor en wrijvingsco?ffici?nteen verschillende klasse worden gehanteerd. Bij het`mechanisch bewerken' moet onderscheid wordengemaakt tussen de bewerkingsmethoden; het blijktniet mogelijk een classificatie te hanteren. Het corri-geren heeft op een conservatieve wijze plaats, zoda-4 |De eerste helft van eenstandaard proefstuk(figuur 3) is gestort5 |Proefstuktype 2: twee opelkaar gestorte prisma's,elk 100 mm hoog, belastop driepuntsbuiging6 |Proefstuktype 3: twee opelkaar gestorte kubus-sen, het aansluitvlakvoorzien van wapening(ingestorte haarspelden)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB etonmechanicacement 2006 8 85nig dat de theoretische waarde het experimenteelgevonden resultaat niet of nauwelijks overschrijdt.Uit het onderzoek blijkt dat de uitdrukkingen voor deschuifsterkte geldig zijn tot een wapeningspercentagevan circa 0,75%. Als het percentage hoger is, kan deverschuiving bij bezwijken zodanig gering zijn, dathet wapeningsstaal de vloeispanning niet bereikt. Bijhet evalueren van de proefresultaten zijn daarvooraangepaste co?ffici?nten ontwikkeld die lager zijndan degene die van toepassing zijn bij een wape-ningspercentage van < 0,75%.Figuur 8 toont de vergelijking tussen de experimenteelverkregen en theoretisch berekende waarden voor eenwapeningspercentage tot 0,75%, de laatste op basis vande gecorrigeerde classificatie uit tabel 3. De verhou-ding tussen experiment en theorie is gemiddeld 1,24(range: 0,83-2,22) voor de VBC; 1,26 (range: 0,88-1,90)voor de Eurocode. Opgemerkt wordt dat hierbij geencorrectiefactor voor een langeduureffect in rekening isgebracht. De splijttreksterkte wordt bepaald in eenexperiment dat aanzienlijk korter duurt dan het belas-ten van de proefstukken zelf. Het toepassen van eenzekere reductie op de splijttreksterkte kan dus wordenoverwogen. Dat zou de verhouding tussen experimenten theorie groter maken. Een toename met circa 10%lijkt een realistische schatting.T o t b e s l u i tUit een vergelijking tussen de klasse-indelingen vol-gens de voorschriften en de indeling op basis van deexperimenteel verkregen resultaten blijkt dat bij debewerkingsopties sprake is van geen of slechts gerin-ge verschillen. Bij de bekistingsopties daarentegen issprake van soms aanzienlijke verschillen: de tranen-plaat en, met name, de standaard ruwe ongeschaafdedelen presteren aanzienlijk beter dan mag wordenverwacht volgens de voorschiften.Het blijkt niet nodig te zijn onderscheid te makentussen NB en ZVB; de resultaten zijn voor beidebetonsoorten geldig. Wel moet rekening wordengehouden met het wapeningspercentage. Voor eenwapeningspercentage in het schuifvlak < 0,75% is degetoonde classificatie toepasbaar; daarboven moetenlagere waarden worden gehanteerd. Er wordt opgewezen dat de classificatie conservatief is; de theore-tische schuifsterkte is nagenoeg altijd lager dan deexperimenteel gevonden schuifsterkte. nL i t e r a t u u r1. Janmaat, D. en M.J.P. Welzen, Schuifoverdrachtin contactvlakken van zelfverdichtend beton bijprefab elementen. Afstudeerrapport TU Eindho-ven, mei 2004.2. Hordijk, D.A., H.W.Bennenk en S.J.de Boer,Invloed opruwmethode op schuifsterkte in aan-sluitvlakken bij ZVB. Cement 2005 nr. 3.3. Walraven J.C., Mechanisms of shear transfer incracks in concrete: a survey of literature. TUDelft, 1978, Stevinrapport nr. 5-78-12.4. NEN 6720, Voorschriften Beton; Constructieveeisen en rekenmethoden (VBC 1995). 2edruk,september 1995, Nederlands Normalisatie-insti-tuut, Delft, 1995.5. NEN 6723 (1995), Voorschriften Betonnen Brug-gen (VBB 1995); Constructieve eisen en rekenme-thoden, 1edruk juni 1995, Nederlands Normalisa-tie-instituut, Delft, 19956. NEN-EN-1992-1-1. Eurocode 2; Ontwerp en bere-kening van betonconstructies; Deel 1-1: Algeme-ne regels en regels voor gebouwen, NederlandsNormalisatie-instituut, Delft, 2005.7. Kooiman, A.G., Modeling of steel fibre reinforcedconcrete for structural design. DissertatieTUDelft, 2001.Tabel 3 |De classificatie van de toegepaste bekistings- en bewerkingsopties, zowel op basis van deomschrijvingen in de betreffende voorschriften (`initieel') als na het op elkaar afstemmenvan experiment en theorie (`gecorrigeerd'). De nummers corresponderen met die van decode uit tabellen 1 en 2omschrijving VBC Eurocodeinitieel gecorrigeerd initieel gecorrigeerdbekistingsopties:? standaard ruwe, ongeschaafde delen 2 4 1 4? getand profiel 4 3-4 4 4 (?); 2-3 (c)? tranenplaat 1 3 1 2? structuurmat 4 3 2 2bewerkingsopties:? onbewerkt 3 2-3 2 2? mechanisch bewerken 4 3- met bezem of lucht opruwen na 4 3 hetstorten- stralen met grit 3-4 (kb) / 3 (ks) 2-3 (c) /3 (?)? chemisch bewerken- oppervlaktevertrager 4 4 3 3- hechtemulsie 3 3 2 2? instrooien met toeslagmateriaal- grind 4 4 3 3- zand 3 3 2 28 |Uiterst opneembareschuifspanning; de expe-rimenten versus de theo-rie volgens de gecorri-geerde classificatie uittabel 37 |Bezwijkvormen bij proef-stuk type 2: bovenafschuifbuigbreuk (fijngrind in het afschuif-vlak), onder afschuiven(het afschuifvlak is hierbekist met tranenplaat)00,250,50,7511,251,51,7520 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2u/fb-experiment(-)u / fb -theorie (-)VBCEC2theorie = exp.