O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiesir. A.T. Vermeltfoort, TU Eindhoven, faculteit Bouw-kundeGelijmd metselwerk wordt steeds populairder door deesthetische kwaliteiten en de uitvoeringsvoordelen,reden waarom meer kennis nodig is van de afschuif-,hecht- en drukeigenschappen ervan. De mate van voeg-vulling is van cruciaal belang, maar de stootvoegenopen laten spaart tijd. Proefstukken met gevulde stoot-voegen en met regelmatiger en voller gevulde lintvoe-gen waren duidelijk sterker en stijver dan proefstukkenwaarbij dit niet het geval was. Dit aspect verdient aan-dacht bij het gebruik van de normwaarden.Door stenen te lijmen in plaats van te metselen kaneen muur sneller worden gebouwd en is het werkminder belastend voor de metselaar. Ook is mindervakmanschap vereist [1]. Bij gelijmd metselwerkwordt met een pomp een dunne laag lijmmortelaangebracht, waarin de stenen worden gevlijd. Omde koppen van lijm te voorzien, worden de stenenvooraf in een frame gezet. Als deze handeling nietmeer nodig is, wordt op materiaal en arbeidbespaard, doch dit heeft invloed op de sterkte en destijfheid. Hoe groot die invloed is, werd onderzochtdoor muurtjes met open en gevulde stootvoegen tebeproeven op afschuiving, buiging en uni-axialedruk. Voorts werden vijfentwintig muurtjes in tweerichtingen op druk belast.P r o e f o p z e tDe proefstukken werden gemaakt met Rijswaard-vormbakstenen. De lijmmortel werd door Anker-plast in twee partijen aangeleverd. De belangrijkstemateriaaleigenschappen zijn weergegeven in tabel 1.Van de elf gebruikte mengsels werden prisma'sgemaakt en beproefd volgens NEN 3835. Uit deresultaten bleek dat de sterkte, zoals verwacht, enigs-zins toenam met de verhardingsduur. De mortelsvan beide leveringen waren duidelijk verschillend.Vervaardiging muurtjesDe prisma's en de proefmuurtjes, met een ori?nta-tie van de lintvoeg ten opzichte van de verticale asvan 0?, 22,5?, 45?, 67,5? en 90?, werden met eenwatergekoelde diamantzaag uit grotere murengezaagd (foto 1).De mortel werd volgens voorschrift van de fabri-kant aangemaakt. De stenen werden tegen elkaargewreven om loszittend zand te verwijderen vooreen betere hechting. Zoals gewoonlijk werden destenen aan de draad gelegd (foto 2). In plaats vaneen pomp werd aanvankelijk een slagroomspuitgebruikt. Aangezien er nogal wat kracht nodig isom de mortel uit de spuit te knijpen, is toch weermet de troffel gewerkt. Door deze manier van aan-cement 2005 176Ontwerpen en dimensioneren van steenconstructies (19)Afschuif-, hecht- en2D drukeigenschappenvan gelijmd metselwerk1 |Prisma's (210 x 96 x 370mm3), proefmuurtjes(630 x 630 x 96 mm3) enzaagschemaTabel 1 | Mechanische eigenschappen van de gebruikte materialensteen volgens mortellevering 1 mortellevering 2NEN 2489 volgens NEN 3835 volgens NEN 3835afmeting (mm3) 206 x 96 x 50druksterkte (N/mm3) 27 28,3 (3,7) 17,5 (1,57)buigsterkte (N/mm3) 2,47 6,1 (1,1) 4,9 (0,7)E modulus (N/mm3) 4000volumieke massa (kg/m3) 1630 1814 1816variatieco?ffici?nt in % tussen ()O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiesbrengen kregen de voegen een minder regelmatigevorm. Bij het leggen van de stenen werd aan ??nkant terugliggend gewerkt om deze kant zuiver tehouden. Er werden muren met gevulde en metopen stootvoegen gemaakt.Voorbereiding van de proefstukkenNa het zagen werden de proefmuurtjes in de opstel-ling geplaatst (foto 3). Om de wrijving tussen last-plaat en proefmuur te verminderen, werden tegende lastplaten twee lagen Teflon aangebracht,beschermd door PVC-folie. De lastplaten werden zogepositioneerd dat er rondom de muurtjes een ope-ning van 10 mm vrijbleef, die met Beamixmortelwerd gevoegd.De prisma's werden buiten de opstelling vlakgemaakt door ze op een vlakke plaat in een 10 mmdikke laag mortel te plaatsen. Daarna werd 10 mmmortel op de bovenkant aangebracht en waarin eenstalen plaat werd gedrukt. Met een waterpas werdhet proefstuk verticaal en de bovenkant horizontaalgesteld.BeproevingsframeHet ontwerp van het beproevingsframe voor deproefmuurtjes was gebaseerd op [2]. Het framewerd gemaakt van dubbele HE300B profielen. Tweekeer twee 0,5 MN vijzels werden in het framegemonteerd. De belasting werd via kogelscharnie-ren en stalen balkjes van 100 x 100 mm2overge-bracht. De vier vijzels waren verbonden met een1 MN vijzel, geplaatst in een 2,5 MN bank. Deze vij-zel werd verplaatsingsgestuurd belast en via hethydraulische systeem belastten de vier andere vij-zels de proefmuur.R e s u l t a t e n p r i s m a ' sBij het op druk beproeven van prisma's bleek de ver-vorming aan de zijde waar de voegen het minstwaren gevuld, het grootst. Het proefstuk boog krom.De E-waarden werden bepaald met het gemiddeldevan de metingen aan voor- en achterzijde.De hechtsterkte werd bepaald door prisma's meteen doorsnede van een steen te belasten in een vier-punts buigproef. De afstand tussen de lastpuntenwas 55 mm, de dikte van een steen (50 mm) en eenvoeg (3 tot 4 mm). De overspanning varieerde tus-sen drie en vijf keer lagenmaat.De bruto doorsnede (steenmaat) bedroegAbruto= 19800 mm2, het bruto weerstandsmomentWbruto= 31500 mm3. De doorsnede over de voegwerd nauwkeurig ingemeten en daarmee werd denetto doorsnede vastgesteld. Gemiddeld wasAnetto= 12900 mm2(v.c. = 20%) en Wnetto= 16200mm3(v.c. = 31%). De variatieco?ffici?nt (v.c.) is despreiding gedeeld door het gemiddelde.Gerelateerd aan de netto doorsnede was de sterkteongeveer tweemaal die welke werd verkregen metde bruto doorsnede. De buigtreksterkte was0,85 N/mm2(v.c. = 32%) met Wbrutoen 1,71 N/mm2(v.c. = 36%) met Wnetto. De spreiding was echter nietwezenlijk anders.De schuifsterkte werd bepaald door proefstukkenvan drie stenen met twee voegen onder verschillen-de voorspanning op afschuiving te belasten [3]. Uithet afschuif-vervormingsdiagram volgde de maxi-male waarde Fmaxen de residuele waarde bij drogewrijving, Fres(fig. 4a).Met behulp van meervoudige lineaire regressiewerd de volgende relatie tussen voordruk en schuif-sterkte gevonden: = 1,15 + 0,835 (2)Als de residuele waarden worden meegenomenwijzigt vergelijking (2) in (fig. 4b): = 1,065 + 0,892 C (3)waarin: is de schuifsterkte; is de voordruk loodrecht op het schuifvlak;C is een parameter voor de gescheurde (C = 0) enongescheurde situatie (C = 1).De wrijvingsco?ffici?nt in de gescheurde situatiewas 1,065. In deze beschouwing zijn de schuif-sterkte en de wrijvingsweerstand in de ongescheur-de situatie bij elkaar opgeteld in de veronderstellingcement 2005 1 773 |Testframe (a) en hydrau-lisch schema met LVDT-posities (b)p: oliedrukmeter;m: handpomp; l: locatieLVDT's op proefstuk;0,5 en 1: capaciteit vij-zels2 |Het leggen van een steenaan de draada bO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiesdat de breuklast wordt bepaald door de som van deschuifsterkte van de voeg en de wrijvingsweer-stand.R e s u l t a t e n p r o e f m u r e nIn tabel 2 wordt de gemiddelde sterkte per seriegegeven. In figuur 5 is deze uitgezet tegen de ori?n-tatie van de lintvoeg.De laagste waarde (7,9 N/mm2) hoorde bij eenproefstuk met slechte lintvoegvulling. Ook werdenbij deze proef enkele onregelmatigheden waarge-nomen, zodat dit resultaat kan worden verwaar-loosd. De prismaresultaten waren iets hoger doorde kleinere slankheid.Relatie tussen sterkte en proefparametersDe morteldruksterkte (M), de ouderdom van hetproefstuk bij beproeven (A), het wel of niet gevuldzijn van de stootvoegen (F) en de helling van de lint-voeg (O) waren de parameters in dit onderzoek.Met lineaire regressieanalyse werd de invloed vandeze parameters op de druksterkte onderzocht.Uit 25 proeven werd de volgende relatie gevonden:fc,mas= 5,031 + 0,215 M ? 0,0121 O + 3,201 F? 0,0062 A (4)waarin:fc,masis de druksterkte van het metselwerk (proefre-sultaat).Uiteindelijk blijkt alleen het effect van het wel ofniet vullen van de stootvoeg significant te zijn ophet 95%-betrouwbaarheidsniveau. Het verband isdan te beschrijven als:fc,mas= 10,137 + 1,509 F (5)waarin:F = 0 bij niet gevulde enF = 1 bij wel gevulde stootvoegen.De sterkte voor het onderzochte lijmwerk is10,0 N/mm2volgens [3]. Daarbij is veronderstelddat de mortel geen effect heeft op de sterkte. Ditstrookt echter niet met de experimentele bevindin-gen.In dit project was de voegdikte echter ongeveer 4 tot5 mm, terwijl [3] betrekking heeft op een voegdiktevan maximaal 3 mm. Verder waren de stootvoegensoms niet gevuld en de lintvoegen niet volledig. Eris ook niet gecorrigeerd voor de slankheid van hetproefstuk en ook heeft buiging het resultaat be?n-vloed.BreukgedragBreuk manifesteerde zich in de volgende drie feno-menen: het splijten van de stenen met fragmentenvan ongeveer 20 mm dik, het verticaal splijten vande muren en buiging van de muur. Foto 6 toontenkele breukstukken.Doordat de voegen iets terugliggend waren uitge-voerd, werden sleuven gevormd die kerfwerkingveroorzaakten, want de voegmortel is relatief hard.Er mag worden aangenomen dat daar piekspannin-gen optreden. Dit werd bevestigd door numeriekesimulatie van het gedrag van een verticale wand-doorsnede. De trekspanningen leiden tot scheur-vorming, waarmee het afsplijten van de stenen kanworden verklaard. Door de terugliggende voegengreep de last excentrisch aan, ongeveer 10 mm tenopzichte van het midden van de muur. Bij meergevuld metselwerk trad minder afsplijten van destenen op. Deze proefstukken waren ook sterker enhierbij werd de van oudsher bekende splijtbreukgevonden.cement 2005 1785 |Gemiddelde druksterkteversus ori?ntatie lint-voeg ten opzichte vanverticale asa. gevulde stootvoegenb. open stootvoegen4 |Afschuifkracht versusverplaatsing (boven) enrelatie voordruk-schuif-sterkte voor C = 0 enC = 1 (onder)0,00,51,01,52,02,50,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6FmaxFresVF(N/mm )2(N/mm)2Tabel 2 |Gemiddelde druksterkte van muurtjes versus lintvoegori?ntatie, volgens EC 6 en vanprisma's, in N/mm2stootvoeg muurtjes met lintvoegori?ntatie t.o.v. verticale as EC6 prisma0? 22,5? 45? 67,5? 90? gemidd.open 9,5 9,8 10,4 11,1 9,9 10,1 11,5gevuld 12,9 11,3 7,9 11,7 12,3 11,6 10,0 13,4open: drie proeven per ori?ntatie; gevuld: twee proeven per ori?ntatie behalve die onder 45?04812160 15 30 45 60 75 90(N/mm)2druksterkteori?ntatie lintvoeg (?)abO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiesStijfheid volgend uit LVDT-resultatenDoor buiging van het proefstuk werden met deLVDTs grote verschillen gevonden tussen de ver-vorming aan de voor- en achterzijde. Deze resulta-ten werden gemiddeld om de gemiddelde rek in hetmidden van het proefstuk te bepalen.Met het deel van het --diagram tussen 15% en80% van de bezwijklast werden E-waarden bere-kend met een lineaire best passende rechte volgens = E? + C, eerst voor alle resultaten van een serie,daarna met weglating van extreme waarden (tabel3). Naast de E-waarden wordt de variatieco?ffici?nt(v.c.) gegeven.De Elintvoeg, gemeten loodrecht op de lintvoeg, is klei-ner dan Estootvoeg, gemeten evenwijdig aan de lint-voeg, zowel voor de situatie met open als die metgevulde stootvoegen. Dit wordt veroorzaakt doorhet verschil in hoeveelheid mortel per richting. Ditgeldt voor zowel het lijmwerk met gevulde als metopen stootvoegen, waarbij zoals verwacht de waar-den voor lijmwerk met gevulde stootvoegen hetgrootst zijn.D i s c u s s i eDe effecten van het vullen van de stootvoegen op hetgedrag werden versluierd doordat twee verschillendemortels werden gebruikt en door de noodgedwon-gen wijzigingen in de methode van aanbrengen.Gelijkmatiger vullen en controle op de mate vanterugliggen van de voeg geven een betrouwbaarderresultaat. Statistisch gezien was het relatief groteaantal proeven gunstig. Daarom konden ondanks degrote variatie, de uitkomsten van verschillendemetingen toch met elkaar worden vergeleken.Betwijfeld mag worden of lineaire regressie overalkan worden toegepast, aangezien de parametersniet noodzakelijk een lineaire relatie hebben. Kruis-correlaties werden verwaarloosd.Met het effect van terugliggende voegen moet reke-ning worden gehouden als de sterkte wordt bepaaldmet formule (6) uit [3]. Ook moet er rekening meeworden gehouden dat door de terugliggende lijm-voegen muren excentrisch kunnen worden belast.Het Teflon maakte vrije beweging loodrecht op dedrukrichting mogelijk, maar toch werden kleineinvloeden van het niet-symmetrisch zijn van deopstelling geconstateerd.In vervolgonderzoek wordt de verhouding tussende verticale en horizontale belasting gevarieerd.C o n c l u s i e sDe morteldruksterkte had geen significante invloedop de metselwerkdruksterkte.De mate van voegvulling heeft duidelijk invloed opzowel de schuif-, als de hecht- als de druksterkte.De spreiding in de resultaten wordt niet wezenlijkbeter indien het netto oppervlak van het breukvlakwordt gebruikt in plaats van het bruto oppervlak.De stenen spleten door piekspanningen als gevolgvan kerfwerking door de terugliggende voeg.Dank aan Ankerplast voor de ter beschikkinggestelde mortel, R. Canters en C. Baselmans voorhet lijmen en de studenten G. Govers en A. Vis voorhet uitvoeren van proeven. L i t e r a t u u r1. Martens, D.R.W., Druksterkte van lijmwerk-wanden. Cement 2001 nr. 8, Cement 2002 nr 2en Cement 2002 nr. 5.2. Page, A.W., The biaxial compressive strengthof brick masonry. Proceedings of theInstitution of civil engineers, Vol. 71, Part 2,1981.3. prEN 1996-1-1, Eurocode 6, Design of masonrystructures, Part 1-1, Common rules for reinfor-ced and unreinforced masonry structures.4. Govers, G., De mechanische eigenschappenvan gelijmd metselwerk. AfstudeerverslagTU/e, 2003.5. Vis, A., Bi-axial behaviour of thin bed mortarmasonry. Afstudeerverslag TU/e, 2003.cement 2005 1 79Tabel 3 | Gemiddelde waarden voor de elasticiteitsmodulus vooren na weglating van extreme waarden, gemeten inonderling loodrechte richtingenlintvoeg stootvoegopen stootvoegengemiddelde E (N/mm2) 3873 4054 6506 5848v.c. (%) 24 18 35 17aantal proeven 15 14 15 13gevulde stootvoegengemiddelde E (N/mm2) 4644 g.e. 6383 6914v.c. (%) 22 27 13aantal proeven 10 10 9g.e. = geen extreem resultaat6 |Reststukken met splijtenop het einde van de voeg(kerfwerking) zichtbaar