C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunn elbou wcement 2005 630Bij de bouw van dieper gelegenconstructies zoals `cut & cover'tunnels, verdiepte bakken en par-keergarages wordt veelal gebruik-gemaakt van een tijdelijke onder-waterbetonvloer, verankerd aantrekelementen, waarop al dan nietmet een tussenlaag een perma-nente constructievloer van gewa-pend beton wordt gestort. Doorverhindering van de horizontalevervormingen van de constructie-vloer zal deze de neiging hebbente gaan scheuren. De mate vanscheurvorming en de grootte vande scheuren hangt van veel aspec-ten af, waaronder:? al dan niet toepassen van eentussenlaag van zand of grind;? temperatuurverschillen en -gradi?nten;? seizoensinvloeden;? koelen van de constructievloer;? samenstelling van het beton-mengsel (met name treksterkteen krimpeigenschappen);? wapening in de constructie-vloer;? wel of niet snellen van de fun-deringspalen;? type trekelement/funderings-paal en verankering hiervan inde constructievloer;? mootlengte van de vloer;? dikte constructievloer in verhou-ding tot de onderwaterbeton-vloer;? aanwezigheid van verzwakkin-gen zoals doorvoeren.Hierna worden enkele aspectennader toegelicht.W e l o f g e e n t u s s e n l a a gTwee veel voorkomende variantenvan een constructievloer op onder-waterbeton zijn weergegeven infiguur 1. Bij variant 1 is op hetonderwaterbeton een tussenlaagaangebracht van zand of grind,waarop de constructievloer is ge-stort. De uitvullaag heeft tijdens debouwfase een gunstige drainerendefunctie voor eventueel lekwatervanuit het onderwaterbeton. Hetnadeel is echter dat de mate vanverhindering onzeker is. Doorwrijving van de tussenlaag en dedeuvelwerking van de palen ofstekken zal er waarschijnlijk eenhoge mate van verhindering zijn.Indien dit niet het geval is, dient devraag te worden gesteld hoe hetmet afschuiving van de doorgesto-ken palen of van de stekeinden isgesteld. Variant 2 is een construc-tievloer direct gestort op het onder-waterbeton. Hierdoor is sprake vaneen volledige verhindering. In depraktijk lijkt er tussen de tweevarianten geen substantieel verschilwaarneembaar in scheurvorming.T e m p e r a t u u r v e r s c h i l l e ne n - g r a d i ? n t e nFiguur 2 laat een langeduur-tem-peratuurmeting zien van eenBeperking van scheurvormingin constructievloeren oponderwaterbetonir. R.S. Beurze, Delta Marine ConsultantsIs de scheurvorming in direct op onderwaterbeton gestorte constructievloe-ren voorspelbaar en beheersbaar? Op het eerste gezicht een vraag waarop,met alle ervaring met deze constructievorm, een positief antwoord mogelijkmoet zijn. Toch is dit nog niet zo eenvoudig. Het levert ook direct vervolgvra-gen op: wat betekent beheersbaar, is scheurvorming sowieso toelaatbaar, zijner betrouwbare methoden om scheurvorming te voorspellen en wat is deinvloed van verschillende ontwerpvarianten? In 2002 is CUR-commissie 71gestart om voor het scheurgedrag van een constructievloer op onderwaterbe-ton een CUR-Aanbeveling op te stellen, waarin opgenomen modellering,rekenregels en detaillering. Op de CUR-dag 2005 is de stand van zaken gepre-senteerd en is vervolgonderzoek aangekondigd.In dit artikel wordt ingegaan op een aantal van bovenstaande vragen en komteen tweetal praktijkervaringen aan de orde.constructievloertussenlaag ( zand of grind )onderwaterbetonprefab ribbelpaalprefab ribbelpaalonderwaterbetonconstructievloervariant 1 : met tussenlaagvariant 2 : zonder tussenlaag1 |Varianten voor een con-structievloer: met enzonder tussenlaagC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunnelbou wcement 2005 6 31900 mm dikke constructievloer,direct gestort op onderwaterbetonmet een dikte van 900 mm.Zowel de seizoensvariatie als dedagschommelingen zijn goedwaarneembaar. In deze meting ishet maximale temperatuurver-schil tussen het midden van deconstructievloer en het middenvan het onderwaterbeton onge-veer 6 ?C. Daarnaast is duidelijkeen temperatuurgradi?nt over deconstructievloer waarneembaar,die tot 9 ?C bedraagt. Deze tem-peratuurverschillen geven eenopgelegde vervorming en eenbuigend moment in de vloer.S e i z o e n s i n v l o e d e nHet is bekend dat vloeren die inde zomer zijn gestort, de meestekans geven op scheurvorming inde winter vanwege de relatiefgrote verkorting van de vloer (fig.3). Storten in de winter is dus aante bevelen, echter vanuit plan-ningsoogpunt veelal niet te stu-ren.I n v l o e d v a n k o e l e nDoor koeling worden de opge-legde vervormingen tijdens deverhardingsfase dusdanigbeperkt, dat er geen scheurvor-ming optreedt. Indien het tempe-ratuurverschil tussen het onder-waterbeton en de constructievloerklein blijft (bijvoorbeeld bij in dewinter gestorte vloeren van eengesloten tunnel) is geen verderescheurvorming te verwachten. Bijeen groter temperatuurverschilzal wellicht in de gebruiksfasescheurvorming optreden, maarhet toepassen van koeling tijdensde verhardingsfase heeft ook dande volgende positieve effecten:? er is minder kans dat het vol-tooid scheurenpatroon wordtbereikt, doordat de op te nemenvervormingen kleiner zijn;? het aantal scheuren zal beperk-ter zijn.Bij het besluit tot het al dan nietkoelen van de vloeren dienenbovenstaande positieve effecten teworden afgewogen tegen de kos-ten van het koelen.T o e l a a t b a r es c h e u r v o r m i n gEen vaak gehanteerd uitgangspuntis dat in constructievloeren die opwaterdruk worden belast, in degebruiksfase geen watervoerendescheuren mogen optreden. Water-voerende scheuren kunnenimmers de duurzaamheid aantas-ten. Echter, het is de vraag welkescheurwijdte een watervoerendescheur oplevert. Lohmeyer [1, 2]gaat uit van een self-healing effecten heeft een relatie gelegd tussende kritische scheurwijdte ener-zijds en de verhouding van dehoogte van de waterkolom hD(drukhoogte) en de dikte van deconstructie hW(vloerdikte) ander-zijds (fig. 4). Voor tunnelvloerengeldt dat hDveelal 10 m of meeris. Bij dikke constructies is hetniet duidelijk of de gehele wand-of bodemdikte mag wordenbeschouwd in de bepaling van deverhouding hD/hWof alleen derandzones. Immers bij scheurvor-ming in dikwandige constructieszullen in de randzones door deaanwezigheid van de wapeningfijn verdeelde secundaire scheu-ren ontstaan, terwijl er enkele0510152025303515-07-2004 04-08-2004 24-08-2004 13-09-2004 03-10-2004 23-10-2004 12-11-2004datumtemperatuur(?C)onderwaterbeton, middenconstructievloer, onderkantconstructievloer, middenconstructievloer, bovenkant2 |Langeduur-temperatuur-meting bij constructie-vloer op onderwater-beton01020304050607080aantalwaargenomenscheurenaantal moten gestort 2 12 17 31aantal waargenomen scheuren 0 0 4 69herfst winter lente zomer3 |Waargenomen aantalscheuren versus seizoenwaarin vloer is gestorthw hD / hw of hD / hBwcrit./[mm]0,250.200,150,100,0500 5 10 15 20 25 30 35selfhealing uitgeslotenselfhealing zeer waarschijnlijkLohmeijerMeichsnerSchiesslhDhB4 |Relatie tussen kritischescheurwijdte voor self-healing en de verhoudingtussen vloeistofhoogteen wand- of vloerdikteC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunn elbou wcement 2005 632primaire doorgaande scheurenmet grotere scheurwijdte in hetmidden van de vloer ontstaan.Voor tunnelvloeren zal hD/hWtussen 10 en 20 liggen, hetgeenresulteert in een kritische scheur-wijdte volgens de relatie vanLohmeyer van 0,1 mm tot0,05 mm.In de praktijk blijkt dat scheurengroter dan 0,1 mm regelmatigvochtig zijn. Of dit ook betekentdat er geen sprake is van self-healing is moeilijk te zeggen. Inde praktijk zal, vanwege het ont-breken van de tijd, de watervoe-rende scheur snel worden ge?njec-teerd in plaats van de scheur detijd te gunnen dicht te groeien.M o g e l i j k b e r e k e n i n g s -m o d e lEen vloer die direct op het onder-waterbeton is gestort, wordt alsvolledig verhinderd ten opzichtevan het onderwaterbeton be-schouwd. Dit betekent dat opge-legde horizontale vervormingen,groter dan de breukrek van hetbeton, scheurvorming tot gevolghebben. De breukrek van verhardbeton is ongeveer 1 x 10-4. De opge-legde vervormingen ten gevolgevan krimp en temperatuurwisselin-gen zullen veelal groter zijn, zodatscheurvorming in de constructie-vloer niet is uit te sluiten.Voor de voorspelling van descheurwijdte van verhard beton(zoals bij gekoelde vloeren) vandikwandige constructies kangebruik worden gemaakt van hetrekenmodel zoals beschreven in[3]. De belangrijkste discussiepun-ten hierbij zijn de treksterkte vanhet beton en de hoogte van derandzone, die een grote invloedhebben op de berekeningsuitkom-sten. De keuzes en de ervaringenhiermee in de praktijk worden aande hand van twee voorbeeldentoegelicht.H S L - g e s l o t e n d e e lt u n n e l R o t t e r d a mHet gesloten deel van de HSL-tunnel in Rotterdam heeft tweeaparte buizen voor de HSL-spo-ren met een totale hoogte van8,75 m en een breedte tussenbuitenkant wanden van 14,8 m.De krachtsafdracht is hierdoorhoofdzakelijk in dwarsrichting.De lengte van de tunnelmotentussen de dilataties is 25 m. Deconstructievloer is zonder tussen-laag direct op het onderwaterbe-ton gestort, waarbij de toegepastevibro-combinatiepalen, met eenstramien van 2,8 x 2,4 m2, niet-gesneld in de vloer zijn opgeno-men (foto 5). De dikte van hetonderwaterbeton is 1000 mm,van de constructievloer gemid-deld 850 mm. Als karakteristiekekubusdruksterkte wordt35 N/mm2na 91 dagen aange-houden, hetgeen ongeveer over-eenkomt met C20/25 na 28 da-gen. In het constructieve ontwerpvan de tunnel in de gebruikssitu-atie is uitgegaan van de druk-sterkte behorende bij C28/35.Het voordeel echter ten opzichtevan een C28/35 na 28 dagen is delagere treksterkte, hetgeen voorde scheurvorming onder opge-legde vervormingen gunstig is.De vloer wordt belast op eenwaterdruk van ongeveer 13 mwaterkolom. Uitgaande van derelatie van Lohmeyer en hd/hW=13/0,85 = 15, is de kritischescheurwijdte voor self-healing endaarmee na enige tijd waterdicht-heid, wcrit= 0,06 mm. In de prak-tijk is gebleken dat de opgetredenscheuren in de vloer met eenscheurwijdte van ongeveer0,1 mm beperkt vochtig waren engoede kans op self-healing heb-ben (foto 6).De toegepaste langswapening inde gesloten tunnelelementen is20-200, dat wil zeggen As=1570 mm2/m aan beide zijden en0= 0,37% over de gehele door-snede. De vloeren zijn gekoeld,waarbij de koeling dusdanig isontworpen dat er tijdens dehydratatiefase geen scheurvor-ming optreedt. Door het geslotenkarakter van de tunnel zullen detemperatuurverschillen klein zijnen daarmee ook de verhinderdevervorming. In de praktijk is danook geconstateerd dat het aantalscheuren in de vloeren beperkt isgebleven en de scheurwijdte vande opgetreden scheuren ongeveer0,1 mm was.H S L - v e r d i e p t e b a k t eB e r g s c h e n h o e kBij de verdiepte bak in Bergschen-hoek is, evenals bij de tunnel inRotterdam, de constructievloerdirect op het onderwaterbetongestort en zijn de niet-gesneldepalen opgenomen in de vloer. Dediktes van de constructievloerenvan de verschillende moten vari?-ren met de diepteligging en zijnrespectievelijk 600 mm, 800 mmen 1000 mm. De mootlengte is35 m. Ook hier is met betrekking5 |Constructievloer zondertussenlaag op onderwa-terbetonvloer gestort;palen niet-gesneld inconstructievloer opgeno-men (HSL-tunnelRotterdam)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gTunnelbou wcement 2005 6 33tot de betonsterkte dezelfde filoso-fie toegepast als bij de tunnel inRotterdam.De verhouding hD/hBvoor de1000 mm dikke vloer is ongeveer7, zodat de kritische scheurwijdtevolgens Lohmeyer 0,1 mm is. Opbasis van een C20/25 (35 N/mm2na 91 dagen), een cr= krfbm,VBC=0,6 ? 2,3 = 1,4 N/mm2en eenrandzone van heff 4 (c + /2) 225 mm, wordt op basis van eenlangswapening 16-100 eenscheurwijdte van ongeveer0,1 mm gevonden.Voor de vloeren van 600 mm diebelast worden op 3 m waterdruk,is de aangehouden kritischescheurwijdte 0,15 mm, hetgeenresulteerde in een langswapeningvan 12-100.Op basis van bovenstaande wape-ning en gebruikmakend van koe-ling in de vloeren, is gebleken datde scheurvorming in de praktijkgoed beheersbaar was. De vloerenzijn nauwelijks gescheurd en daarwaar scheurvorming optrad, wasde scheurwijdte kleiner dan0,15 mm en niet watervoerend.A a n b e v e l i n g e nEr zijn nog veel onzekerhedenrond de voorspelling van descheurvorming van constructie-vloeren gestort op onderwaterbe-ton. Echter op basis van de prak-tijkervaringen zoals hier beschre-ven kunnen wel de volgende aan-bevelingen worden gedaan.? De constructievloer kan directop het onderwaterbeton wordengestort, waardoor de vloer metbetrekking tot opgelegde vervor-mingen te beschouwen is alsvolledig verhinderd ten opzichtevan het onderwaterbeton. Eenaandachtspunt hierbij is wel dewaterdichtheid van het onder-waterbeton tijdens het stortenvan de constructievloer, omdatgeen drainagelaag aanwezig is.? Het koelen van de constructie-vloer tijdens de verhardingsfaseheeft als voordeel dat de hori-zontale vervormingen reduce-ren en daarmee het aantalscheuren. Scheuren als gevolgvan krimp en temperatuureffec-ten zullen niet altijd kunnenworden voorkomen, zodat ernog wel scheurwijdte-reduce-rende wapening nodig is. Bijhet besluit tot het al dan nietkoelen van de vloeren dienen depositieve effecten te wordenafgewogen tegen de kosten vanhet koelen.? Voor de bepaling van de scheur-beperkende wapening kangebruik worden gemaakt van derelatie van Lohmeyer en deberekeningsmethode zoalsbeschreven in [3]. In de hierbo-ven beschreven voorbeeldenzijn hiermee, in combinatie metkoelen van de vloer en het toe-passen van beton met een rela-tief lage sterkte, goede ervarin-gen opgedaan.? Gezien de onzekerheden in dete hanteren uitgangspunten inde berekeningsmodellen endaarmee de spreiding in deresultaten zou een veilige bena-dering moeten worden gekozenin de bepaling van de beno-digde langswapening, hetgeenechter kan leiden tot relatiefveel langswapening. Een anderebenadering is het beperken vande langswapening en daarmeeaccepteren van het risico water-voerende scheuren te moeteninjecteren. L i t e r a t u u r1. Lohmeyer, G., Wasserdurch-l?ssige Betonbauwerke -Gegenmassnahmen bei Durch-feuchtungen. Beton 1984, nr. 2.2. Lohmeyer, G., Weisse wannen- Einfach und sicher. Beton-verlag.3. Van Breugel, K. eindred.,Betonconstructies onder Tem-peratuur- en Krimpvervormin-gen - Theorie en Praktijk.Betonpraktijkreeks 2, Beton-Prisma 's-Hertogenbosch,1996.6 |Waargenomen scheurenin constructievloer (HSL-tunnel Rotterdam)