O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eki s ti ngen82 cement 2008 6Wanneer een constructie in ZVBwordt gestort komt de vraag aande orde met welke bekistingsdrukrekening moet worden gehouden.ZVB valt niet in de gebruikelijkeconsistentiegebieden die in denormen worden gedefinieerd enwaarbij de speciedruk kan wordenbepaald. Hiervoor zijn de normendie beschikbaar zijn om een bekis-tingconstructie te ontwerpen niettoereikend. Wanneer ZVB wordtgezien als een vloeistof, moet wor-den gerekend met de hydrostati-sche druk. In CUR Aanbeveling93 wordt geadviseerd voor hetontwerp van een bekisting voorZVB uit te gaan van een volledighydrostatische drukverdeling.Om duidelijkheid te krijgen welkespeciedruk te verwachten is bijZVB, zijn in verschillende situa-ties zowel in Nederland als in hetbuitenland metingen verricht [1,2]. Helaas blijken deze metingenniet altijd de gewenste duidelijk-heid te geven. Er zijn gegevensbekend waarbij een speciedrukgelijk of mogelijk iets hoger dande hydrostatische druk is geme-ten, maar er zijn ook metingenbekend waarbij de bekistingsdrukveel lager was dan verwacht.G e d r a g Z V BIn het afstudeeronderzoek is voorhet verkrijgen van inzicht in dedrukopbouw in de bekisting uit-gegaan van ZVB als vloeistof.ZVB vertoont daarbij de reologi-sche eigenschappen van eenBinghamse vloeistof. Net als eenNewtonse vloeistof, zoals water,hebben deze vloeistoffen ook eenviscositeit. Deze viscositeit is eenmaat voor de kracht die nodig isom een vloeistof in beweging tehouden. Hierbij geldt dat hoehoger de viscositeit is, hoe meerkracht er nodig is om de vloeistofin beweging te houden. Een voor-beeld is stroop, dat een hogereBekistingsdrukken bij stortenzelfverdichtend beton1 |Beproefde bekistingir. F. van Waarde, BAM Infraconsultir. W.J. Bouwmeester-van den Bos, BAM Infraconsult/TU Delft, fac. CiTGdr.ir. E.A.B. Koenders, TU Delft, fac. CiTGZelfverdichtend beton (ZVB) heeft een brede toepassing gevonden in de pre-fab-betonindustrie in Nederland. Op de bouwplaats heeft ZVB echter noggeen grootschalige toepassing. E?n van de oorzaken hiervoor is de onbekend-heid met de bekistingsdruk. Om inzicht te krijgen in de drukopbouw in eenbekisting veroorzaakt door ZVB is een afstudeeronderzoek verricht aan de TUDelft in samenwerking met DMC (thans BAM Infraconsult) en NRG*). Ditonderzoek betreft twee delen: het eerste deel bestond uit het daadwerkelijkmeten van bekistingsdrukken in de praktijk, het tweede deel betrof het simu-leren van het stromingsgedrag van ZVB in de bekisting. Uit het onderzoekbleek dat externe factoren de bekistingsdruk kunnen be?nvloeden.*) ir. F. van Waarde is op dit onderzoek afgestu-deerd aan de TU Delft, fac. Civiele Techniek enGeowetenschappen. De afstudeercommissiebestond uit prof.dr.ir. J.C. Walraven, dr.ir. E.A.B.Koenders en dr.ir. E.A. Schlangen (allen TU Delft),ir. W.J. Bouwmeester-van den Bos (BAM Infracon-sult) en ir. J.A. Lycklama ? Nijeholt (NRG). Voordeze studie ontving ir. Van Waarde een eervolle ver-melding in het kader van de ENCI Studieprijs 2007.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB ekis ting encement 2008 6 83hydrostatische drukideale druklijndruktijdmeting bekistingdrukken TU-Delft paneel 18 TRN-Diepwand0102030405060708090100werkelijke tijd [in uren]drukkracht[inkN/m?]druksensor 1 h=0,18mhydrostatische druk 0.18 mlangskomen spoorkraantotale storthoogte = 6,00 mvloeimaat 700 mmvolledig stort houten bekisting - mengsel CON V09-03 25% CEM I 52,5R 6-11-2006maximale bekistingdruk = 75 kN/m?19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 1:00viscositeit heeft dan water.Het onderscheid tussen een Bing-hamse en een Newtonse vloeistofbetreft de zogenoemde zwicht-spanning. Bij een Bingham vloei-stof moet, om de vloeistof inbeweging te krijgen, eerst eenbepaalde kracht worden overwon-nen. Deze zwichtspanning wordtin het geval van ZVB groter naar-mate de vloeistof langer stil staat.Het opbouwen van de zwichtspan-ning in de tijd heet thixotropie.Echter als de zwichtspanning isoverwonnen gedraagt het materi-aal zich weer als een vloeistof.Vertaald naar een bekistingssitu-atie kan ZVB bij het storten alseen vloeistof worden gezien. Wan-neer ZVB enige tijd stil staat,neemt de zwichtspanning toe; debetonspecie krijgt als het ware eeninterne structuur. Dit zorgt ervoordat het mengsel een deel van hetgewicht van de daarboven gelegenbetonspecie niet doorgeeft aan debekistingsvlakken, maar zelfdra-gend is geworden. In de uitge-voerde metingen is dat te ziendoordat de bekistingsdruk mindersnel toeneemt dan de hydrostati-sche druk. Het is wel zo dat ditgeen stabiele situatie is: als dezwichtspanning wordt overwon-nen, reageert de betonspecie weerals een vloeistof. De interne struc-tuur is afgebroken en alle belas-ting wordt dan weer in de vormvan een horizontale kracht doorge-geven naar de bekistingsvlakken.M e t e n v a n b e k i s t i n g s -d r u k k e nMet deze theorie van het gedragvan ZVB zijn als eerste onderdeelvan het onderzoek metingen uit-gevoerd voor bekistingsdrukken inde praktijk. De metingen zijnuitgevoerd aan vier grote voorzet-wanden die tegen een diepwandzijn gestort. Deze wanden zijn 6m hoog, 6 m breed en vari?ren indikte tussen 310 en 170 mm (foto1). Voor het meten van de drukzijn druksensoren in een boutaangebracht in het bekistingsvlak.Op de kop van deze bout zit eenmembraam dat gelijk valt met hetbekistingsvlak en de werkelijkoptredende druk op het bekis-tingsvlak registreert.In de resultaten van de vier metin-gen is dezelfde soort drukopbouwte zien. In het eerste half uur toteen uur volgt de druk de hydrosta-tische lijn, echter na deze tijdbegint de lijn af te buigen (fig. 2).Deze afname van de druk wordttoegeschreven aan de thixotropeeigenschappen van het mengsel.TrillingHet eerste voorbeeld betreft hetoptreden van trillingen tijdens hetstorten van de ZVB. De wandenzijn gestort naast een in gebruikzijnde spoorlijn, waar tijdens hetstorten twee zware bouwkranen2 |Ideale druklijn3 |Meetresultaten metinvloed treinpassage4 |Meetresultaten terplekke van sparingmeten bekistingdrukken TU-Delft paneel 15 TRN-Diepwand010203040506070809019:45 20:00 20:15 20:30 20:45 21:00 21:15 21:30 21:45 22:00 22:15 22:30 22:45 23:00 23:15 23:30 23:45 0:00 0:15 0:30 0:45 1:00tijddruk[kN/m2]sensor 1 hoogte 0,2 msensor 2 hoogte 0,2 msensor 3 hoogte 0,2 mhydrodruk 0,2 mvolledige stort houten bekisting - mengsel CON V09-03 25% CEM I 52,5R 13-12-2006totale storthoogte = 6.00 mdikte wand = 310 mmstijgsnelheid = 1,33 m/hvloeimaat = 700 mm123lokatie sensoreneinde stortbetonniveau bereiktde sparingO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB eki s ti ngen84 cement 2008 6passeerden. In de metingen(fig. 3) is het moment van passageduidelijk af te lezen: de druklijnvertoont een sprong. Dit is te ver-klaren doordat de zwichtspanningin het ZVB wordt overschreden ende interne structuur die was opge-bouwd, wordt afgebroken. Debetonspecie komt in beweging alseen vloeistof het gewicht van dedaarboven gelegen betonspecieniet geheel meer kan dragen. Ditvertaalt zich in een toename vande bekistingsdruk.Stromen van beton in de bekistingals gevolg van een sparingHet tweede voorbeeld betreft het inbeweging komen van de betonspe-cie door een ongelijkmatige belas-ting. Een van de wanden waarbijde bekistingsdruk is gemeten,bevat een sparing aan de boven-zijde van de wand (foto 5). Heteerste gedeelte van de meting, totaan het bereiken van de sparing,verloopt zoals verwacht met dehydrostatische drukopbouw in heteerste half uur en de afbuiging vande lijn daarna (fig. 4).Nadat de betonspecie de hoogtevan de sparing bereikt, neemt dedruk echter weer toe. De verkla-ring hiervoor is dat de betonspecieaan ??n zijde van de sparing in debekisting wordt gestort. Hierdoorontstaat er een hoogteverschil enneemt de spanning in debetonspecie toe. De zwichtspan-ning wordt overschreden en debetonspecie kan onder de sparingdoorlopen om de andere zijde tebereiken. Het beton dat zichonder de sparing bevindt wordt inbeweging gebracht. Het gevolg isdat de betonspecie niet meer instaat is bovenliggende lagen tedragen. Deze belasting werd dusdoorgegeven naar dieper gelegenlagen, waardoor hier een toenamein de bekistingsdruk kan wordenwaargenomen (fig. 4).De praktijkmetingen tonen aandat ZVB zich als een Binghamvloeistof gedraagt. WanneerZVB-specie na het storten enigetijd stil staat, ontwikkelt zich een6 |In laboratoriumproeven-serie gebruikte trechter5 |Proefwand met sparing;aangegeven zijn de sen-sorlocatiesO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eB ekis ting encement 2008 6 85zwichtspanning. Deze kan eendeel van de druk van de bovenlig-gende betonspecie opnemen: debekistingsdruk neemt minder toedan de hydrostatische druk. Bijhet overschrijden van de zwicht-spanning, door bijvoorbeeldexterne factoren zoals trillingenen niveauverschillen, reageertZVB echter weer als een vloeistofen neemt de bekistingsdruk toe.S i m u l e r e n v a n s t r o m i n gm e t C F DHet tweede deel van het onder-zoek betrof het simuleren van hetstromen van ZVB. Hierbij isgebruikgemaakt van het CFD(Computational Fluent Dyna-mics) softwarepakket `Fluent'.CFD software is geschikt voor hetdynamisch simuleren van vloei-stofstromingen.Hiervoor zijn twee simulatiesuitgevoerd: als eerste de trechter-tijd, daarna ??n van de praktijk-metingen.Simulatie trechtertijdDe trechtertijd is een standaard-test die in de richtlijnen voorZVB [3] beschreven staat en dedoorvaltijd is een maat voor deconsistentie van het ZVB-meng-sel. Deze proeven zijn uitgevoerdmet bentoniet-cementmengselsmet een kleinere vorm (foto 6)van deze trechter. De doorvaltijddoor de trechter (trechtertijd) isbepaald voor mengsels met ver-schillende water-cementfactoren.Om een simulatie te kunnen uit-voeren van deze proef zijn de reo-logische eigenschappen van demengsels benodigd. Om dezeeigenschappen te bepalen isgebruik gemaakt van een MC 1Rheometer, waarmee de Binghamparameters (viscositeit en zwicht-spanning) zijn bepaald voor deverschillende mengsels.De resultaten van de CFD-simu-laties zijn vergeleken met deresultaten van de trechterproeven(fig. 7). De resultaten waren veel-belovend waardoor de volgendestap naar een schaal groter konworden gemaakt.Simulatie storten ZVBDe volgende stap binnen hetmodelleren betrof het simulerenvan het stromingsgedrag van ZVBbinnen de bekisting. Hierbij iseen situatie gekozen die tijdenseen van de metingen is opgetre-den: de situatie met een sparingbovenin de bekisting.De reologische eigenschappen vanhet ZVB ten behoeve van de simu-latie - de Bingham parameterszwichtspanning en viscositeit -zijn bepaald voor het mengsel datis toegepast in de praktijk. Hier-voor is gebruik gemaakt van deBML-viscometer, die speciaal isontwikkeld om de rheologischeeigenschappen van betonmeng-sels te bepalen en aan de TU Delftbeschikbaar is.De wand met sparing aan debovenzijde is gemodelleerd inFluent. Hierbij is uitgegaan vande aanwezigheid van betonspecietot aan de onderzijde van de spa-ring, waarna in de simulatie aan??n zijde van de sparing hetbetonspecieniveau 0,1 m is ver-hoogd. Hiermee is het storten vanbeton aan ??n kant gesimuleerd.Het bleek niet mogelijk het daad-werkelijke storten/vallen van hetbeton te simuleren, omdat hetmodel dan instabiel werd.Door de aanwezigheid van eenoverhoogte aan ??n zijde van desparing neemt de spanning in hetZVB toe. Hierdoor wordt dezwichtspanning overschreden enstroomt de betonspecie onder desparing door (wet van de commu-nicerende vaten). In de simulatieis dit zichtbaar in het snelheids-profiel (fig. 8). Er ontstaat een vlakonder de sparing dat in bewegingkomt. In deze betonspecie wordtde zwichtspanning overwonnenen reageert de betonspecie weerals vloeistof. Dit resulteert in eendruktoename in de onderliggendelagen. Deze druktoename is ookwaargenomen in de bekistingsme-tingen (fig. 4).C o n c l u s i eUit praktijkmetingen is geblekendat een hydrostatisch drukverloopover de volledige hoogte van debekisting niet is opgetreden. Welis gebleken dat externe factorenzoals trillingen en niveauverschil-len de bekistingsdruk (kunnen)be?nvloeden. Door het opnieuw inbeweging komen van de betonspe-cie (het overschrijden van dezwichtspanning) kan de bekis-tingsdruk (flink) oplopen. Voor-zichtigheid blijft dus geboden enhet is aan te bevelen bij het ont-werp van de bekisting uit te gaanvan hydrostatische drukken. Eenmogelijkheid om tijdens het stor-ten de bekistingsdrukken te moni-toren en het stortproces op basisvan deze gegevens te beheersen isaan te bevelen.Ten aanzien van het simuleren vanZVB als vloeistof kan wordengeconcludeerd dat CFD een goedemogelijkheid biedt. Op basis vanCFD kan het gedrag van ZVB wor-den voorspeld, waarbij het in detoekomst mogelijk moet zijn bekis-tingsdrukken te voorspellen. nL i t e r a t u u r1. Braam, C.R., Horizontalebelasting door zelfverdich-tende betonspecie. Cement2002 nr. 3.2. Bekistingdruk bij nieuwebetonspeciesoorten. Stubeco-rapport A04, Gouda 2005.3. BRL 1801, Nationale Beoorde-lingsrichtlijn voor Betonmortel.BMC-Certificatie, Gouda 2006.7 |Meetresultaten ter plek-ke van sparing8 |Beeld van de stroomsnel-heid in de bekistingonder de sparing.