C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2002 832Een toonaangevend project waar-in een constructieve afwerkvloervan monolithisch beton voor heteerst als `schoon beton' is toege-past,ishetdoorRemKoolhaasont-worpen Educatorium te Utrecht.Ook de vloeren van de zes post-sorteercentra zijn uitgevoerd alsdirect afgewerkte constructief ge-wapende druklagen op prefab ka-naalplaatvloeren (foto 1).Met de tegenwoordige monolithi-sche afwerktechnieken is het mo-gelijk zeer vlakke vloeren te reali-seren, ook indien deze wordenuitgevoerd als constructieve druk-laag op prefab betonnen systeem-vloeren. De functies van druklaagen afwerkvloer zijn dan in ??nlaag samengebracht. In veel ge-vallen is deze laag de eindafwer-king en als `schoon beton' directklaar voor gebruik. In anderegevallen wordt op deze laag nogeenbedekkingaangebracht:vloer-afdekking, coating, marmoleum,tegels enz. Voorwaarde voor deuitvoering is dat het beton in eenwater- en winddicht gebouw kanworden gestort.In de constructieve (afwerk)vloerkunnenbovendevoegenennadentussen de onderliggende prefabplaten scheuren ontstaan, die hetuiterlijk van de representatievevloer aantasten of de functionali-teit en duurzaamheid be?nvloe-den. Veel van deze problematiekwordt beschreven in [1], waarineenduidelijkeuiteenzettingwordtgegeven van knelpunten en ont-werptechnische aspecten en datdaarmee basisgereedschap vormtvoor ontwerpende partijen enopdrachtgever.Ontwerp en uitvoering van der-gelijke vloeren vergt een specia-listische aanpak. In dit artikelworden constructieve en uitvoe-ringstechnische aandachtspun-tenbelicht,diesterkbepalendzijnvoor het eindresultaat.C o n s t r u c t i e p r i n c i p e sPrefab voorgespannen vloersyste-men worden voorzien van rechtevoorspanstrengen. Het principevan het construeren met prefabsysteemvloeren is, dat het eigengewicht van het plaatelement, in-clusief druklaag en afwerking, ende veranderlijke belasting doorde voorspanning worden opge-nomen. Bij dit ontwerpprincipehoort dus een relatief hoog voor-spanniveau,waardoorerindepre-fab elementen een zeeg aanwezigis, die pas in de gebruiksfase naaanbrengen van de monolithischedruklaag en de gebruiksbelas-tings, teniet zal worden gedaan.Door de prefab-leveranciers wor-den vloeren geschematiseerd totprefab elementen, al dan nietmet constructieve druklaag. Elkelement wordt als ligger op tweesteunpunten gedimensioneerd.De plaatdikte en de benodigdevoorspanning worden bepaalddoor de overspanning en de belas-tingen. Krimp- en kruipeffectenvan de straks als ??n geheel func-tionerende vloer (de plaatelemen-ten zijn door de druklaag con-structief met elkaar verbonden)worden meestal buiten beschou-wing gelaten. Aan de hand vandeze gegevens wordt een legplanuitgetekend,meteenbijlagewaar-op de verschillende plaattypen indetailzijnweergegeven.DitwordtOntwerpoverwegingen bij prefab voorgespannen systeemvloerenDruklaag of afwerklaag?ing. E. Bruins, ABT adviesbureau voor bouwtechniek, Velp/DelftIn de hedendaagse bouwpraktijk komt het steeds vaker voor dat de op prefabvoorgespannen systeemvloeren aangebrachte betonnen druklaag, waaroplater nog een afwerkvloer wordt aangebracht, wordt vervangen door eenmonolithisch afgewerkte betonnen constructieve vloer. De afwerkvloer, veelaluitgevoerd in zandcement, werd aangebracht om de onvlakheid van de ruweonderliggende constructievloer op te heffen. De voornaamste redenen voorhet weglaten van deze zandcementvloeren zijn de kwaliteit van het zand-cement, de toenemende vraag naar zwaar en intensief te belasten vloeren,alsmede economische overwegingen. Daarnaast worden vloeren zonder druk-laag toegepast, waarbij nog wel kan worden uitgegaan van schijfwerking.1 |Nagenoeg voegloos uit-gevoerde druklaag tenbehoeve van een PTTpostsorteercentrumC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gUtiliteitsbouwcement 2002 8 33ter beoordeling voorgelegd aan debij het project betrokken (hoofd)constructeur.Doorgaans wordt voor de hori-zontale schijfwerking (als waar-borg voor de stabiliteit) en terbeheersing van krimpscheurvor-ming, door de prefab-leveranciereen nettenwapening geadviseerd:? 5-250 of ? 6-150, met bijlegwa-pening. Voor het beheersen vande effecten bij de opleggingen ende langsnaden in de prefab sys-teemvloerzijndezehoeveelhedenmeestal niet toereikend.In aanmerking genomen dat erop deze wijze vloervelden wordengerealiseerd met ogenschijnlijkhaastonbeperkteafmetingen,vloe-ren met een lengte van meer dan100 m zijn geen uitzonderingmeer, is het duidelijk dat debeschouwing van een enkel pre-fab element als ligger op tweesteunpunten een erg gesimplifi-ceerde weergave is van de werke-lijkheid. Er kan dan niet meerwordenvolstaanmethetbeschou-wen van een enkele plaat van 1,20m breed en een standaardlengteafgestemd op een bouwstramienvan bijvoorbeeld 7,20 m. De con-sequenties van het doorkoppelenvan plaatelementen en het zoveelmogelijk voegloos, zonder dilata-ties [2] uitvoeren van vloervelden,maken een gedegen ontwerpnoodzakelijk.Functies constructieve druklaagDoor de integratie van de afwerk-laag met de draagfunctie van devloer, worden hoge eisen aan deconstructieve opzet en de kwali-teit van de constructieve afwerk-vloer gesteld.De functie van de constructievedruklaag (= afwerklaag) is veelzij-dig:? betondrukzone voor hetopnemen van buigendemomenten in de scharnierendopgelegde platen;? schijfwerking in het vlak vande vloer voor afdracht vanhorizontale belastingen (t.g.v.wind en stabiliteit);? belastingspreidende laag voorgeconcentreerde lasten;? koppelfunctie c.q. dwars-krachtoverbrenging en belas-tingspreiding bij de plaatna-den (meestal h.o.h. 1,20 m) bijstrookvormige belastingen envoertuigpassage (fig. 2).Daaruit voortvloeiend zijn voorhet constructieve ontwerp de vol-gende aspecten bepalend:? het ter plaatse gestorte betonvan de constructieve druklaagzal de nodige uitdrogings-krimp ondergaan. Het door-gaans veel stijvere onderlig-gende plaatelement (deze isdikker en van een hogerebetonsterkteklasse) verhindertdeze vervorming gedeeltelijk;? bij de koppeling van de prefabplaatelementen ter plaatse vande opleggingen ontstaan toe-vallige inklemmingsmomen-ten (t.g.v. de veranderlijkebelasting) (fig. 3);? door krimp en kruip van devoorgespannen betonconstruc-tie treden ter plaatse van deplaateinden verkortingen enhoekverdraaiingen op (fig. 3);? ten slotte zijn er ook voorwaar-den te stellen aan uiterlijk enfunctionaliteit van het beloop-bare oppervlak: vlakheid,sterkte, slijtvastheid en stroef-heid.W a p e n i n gDe aan te brengen hoeveelheidwapening in een nagenoeg voeg-loos uitgevoerde constructievedruklaag wordt in hoge mate be-paald door de vakgrootte van hetvloerveld, ofwel het aantal aan-eengesloten plaatelementen vande ondervloer, in verband met deoptredende krimp en kruip. Depraktijk wijst uit dat de staaldoor-snede van het standaard gead-viseerde wapeningsnet ? 5-250,onvoldoende is om te spreken vaneen effectieve (krimp)wapeningdie ervoor kan zorgen dat zich een(volledig) scheurenpatroon ont-wikkelt van onschadelijke haar-scheurtjes.trekbij aanlegin gebruikLt Lt2 | Trekspanningen in de druklaag ter plaatse van de kelknaden. Onder in-vloed van de aanwezige belastingen (denk hierbij met name aan voertuig-belastingen) zullen de prefab elementen in dwarsrichting willen roteren.Dit noodzaakt tot (extra) wapening ter plaatse van deze langsnaden3 | Trekspanningen in druklaag ter plaatse van koppeling kopse zijdekanaalplaat. Trekspanningen in druklaag zijn het gevolg van:? rotatie van de elementen bij de oplegging door inveren bij aanleg vande druklaag (bij effici?nt storten is dit praktisch te verwaarlozen);? introductie van steunpuntsmomenten door gebruiksbelastingen bijeen voegloze aanleg van de constructieve afwerklaag;? verkorting van de plaatelementen door krimp en kruip onder invloedvan de voorspanning in de platen;? toename van de steunpuntsmomenten door kruipvervorming in detijd (e.e.a. is sterk afhankelijk van de aanwezige belastingen en hetvoorspanniveau)C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2002 834Vaak worden in het werk geleg-de prefab plaatelementen in hetbouwstadium als volgt aangetrof-fen:Dwarsrichting:? De 50 tot 80 mm brede kelkna-den tussen de 1,20 m brede platenworden met `vulbeton' afgedicht,waarvoor vaak een beton vanmindere kwaliteit wordt gebruiktdie nauwelijks wordt verdicht.Omdat er meestal ook geen extravoegwapeningwordtaangebracht,afgezien van de plaatkoppelin-gen, is er ook maar een beperktedwarskrachtoverdracht tussen dekanaalplaten onderling mogelijk.Dezedwarskrachtcapaciteitneemttoeindienwelveelaandachtwordtbesteedaanhetvullenvandekelk-naden en een hoogwaardig beton(sterkteklasse B 35 met spramex-grind 0-16, of voegmortel met kif-grind 0-8) wordt gebruikt. Dooroverbrenging van schuifspannin-gen is een grotere krachtsafdrachtmogelijk. Een methode hiervooris het `overvullen' van de langs-voeg met betonspecie en dezemet een klein trilplaatje goed ver-dichten. Op deze wijze wordt eendeugdelijke voegovergang gere-aliseerd met een sterk vermin-derd scheurrisico.Omwijdescheurenterplaatsevandeze langsnaden te voorkomen,dientdesondanksnogrelatiefveelvoegwapening te worden toege-past. Juist ook in verband met hetdoor hoekverdraaiing optredendebuigend moment in dwarsrich-ting ter plaatse van de plaatnaden(fig. 2).Qua wapeningshoeveelheid dientdaarbij gedacht te worden aan eenkruisnet ? 8-100, breed 600 mm,voorde`standaard'situatie:kanaal-plaat dik 260 mm (breed 1,20 m)tot overspanningen van circa 7 men een minimale druklaagdiktevan 50 mm. Dit net dient wel opblokjes te worden gelegd, opdathet zo hoog mogelijk in de druk-laag komt te liggen en zeker niet`koud'opdekanaalplaat.Praktischgezien kunnen de vloerenbedrij-ven goed werken met een dek-kingsmaat op de bovenstaaf van20 mm. De bovenstaaf dient lood-recht op de voeg te liggen (fig. 4,foto 5).Langsrichting? In langsrichting zijn de plaat-elementen ter plaatse van de op-leggingen vaak doorgekoppeld;hier zijn vaak geen dilataties voor-zien. Het gevolg hiervan is datdoor het aanbrengen van de hech-tendeconstructieveafwerklaageendoorgaand vloersyteem ontstaat.Door met name de veranderlijkebelasting in de gebruikssituatiezullensteunpuntsmomentenwor-denge?ntroduceerd.Hetoorspron-kelijke statisch bepaalde systeemvan de individuele prefab plaat-elementen die op twee steunpun-ten zijn opgelegd, gaat zich naaanleg van de hechtende druklaaggedragen als een statisch onbe-paald systeem van doorgekop-peldeplatenovermeerderesteun-punten. Het ontstaan van dezetrekzone in de constructieve af-werkvloerterplaatsevandesteun-punten heeft in een enkel geval,bijzeergroteplaatlengtesenlangestortonderbrekingen, al plaats tij-dens de uitvoering.Meestal pas in de gebruiksfase zalde opgetreden kromming als ge-volg van de voorspanning tenietwordengedaan(hetgeboldeplaat-elementzalzich`strekken',fig.3).Dit leidt tot rotatie ter plaatsevan de opleggingen en vervolgensontstaat er een trekzone in devoegloos aangebrachte betonnenafwerklaag.Doorkruipvandevoorgespannenplaatelementen in de gebruiks-fasezalditmomentterplaatsevanhet tussensteunpunt in de tijdverder toenemen. Dit wordt ookwelbeschrevenalshet`Kist'effect.Een en ander is wel sterk afhan-kelijk van het voorspannings-niveau in het plaatelement. Instandaardsituaties resulteert ditglobaal in een minimale steun-puntswapening ? 12-100 met eenkanaalplaatvoegvullingdruklaag dik 50 mmwapeningsnet ?8-100 mmafstandhouderdwarsstaven lang 600 mm4 | Uitvoering wapening terplaatse van kelknaden5 | Aanleg van de druklaagin een PTT-postsorteer-centrum in volle gang.Let op de wapening: erzijn wapeningsbanen terplaatse van kelknaden enkopse einden gelegdC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gUtiliteitsbouwcement 2002 8 35lengte van 2,0 m (fig. 6a), ?f eenonthechtingsstrook van dakleermet een breedte van 400 mm eneen kruisnet ? 8-100 met eenbreedte van 800 mm (fig. 6b).Uit het voorgaande kan wordengeconcludeerd dat een aan tebrengenconstructieveafwerklaagop prefab elementen voor eengroot deel zelfs ongewapend kanworden uitgevoerd. Dit betreftvoornamelijk de voor dit soorteffecten veel minder kritischemiddenzone van de plaatelemen-ten (foto 7).K r i m pDe uitvoering van de druklaaggebeurt veelal voegloos, soms totvakafmetingen met lengtes van100 m of meer. Het rekentech-nisch vaststellen van de benodig-de hoeveelheid krimpwapeningin dit soort constructieve afwerk-lagen is een complexe opgave [4].Van oudsher wordt van de ont-werper verwacht een compromiste vinden tussen enerzijds eenbeperkte scheurwijdte en ander-zijds de toepassing van zo minmogelijk wapening. Het scheu-renpatroon wordt in belangrijkmatebepaalddoordehoeveelheiden de verdeling van de wapening.De betonsterkteklasse is echtereenminstenszobepalendefactor.Naast het toepassen van voldoen-dewapeningterplaatsevanlangs-naden en steunpunten, waarmeede kans op wijd openstaande(krimp)scheuren kan wordengereduceerd, kan de te verwach-ten (uitdrogings)krimp ook metde toe te passen betonsamenstel-lingwordenbeperkt.Goederesul-taten worden verkregen met opsamenstelling geleverde beton-mengsels, waarbij meer aandachtwordt besteed aan krimpbeper-king dan aan druksterkte.De toepassing van een betonspe-ciewaarbijwordtgeletopdegedo-seerde hoeveelheid water en ce-ment, verdient de voorkeur bovenhetstandaardopsterktegeleverdebeton. De hoeveelheid toe te pas-sen bindmiddel in dit `vloerenbe-ton' moet 330 ? 340 kg/m3bedra-gen, bij voorkeur CEM III 42,5LHHS of een CEM I, eventueelaangevuld met vliegas. Afhanke-lijk van de laagdikte van de con-structieve afwerkvloer kan grind4-32 of spramexgrind 4-16 wor-den gedoseerd. De verwerkbaar-heid van deze betonsamenstel-ling wordt met superplastifi-ceerders afgestemd op de uit-voering. Nagestreefd wordt eenwater-cement-factor van 0,5. Deweersomstan- digheden (buiten-temperatuur) tijdens het stort,lengte van de stortleiding en dehoogte waarover het beton dientte worden verpompt, zijn aspec-ten die bepalend zijn voor desamenstelling van de betonspe-cie. Het toepassen van een trage-re cementsoort of doseren vanvliegas kan zeer effectief zijn opwarme stortdagen.Gebleken is dat de volgens de voor-schriftenaantehoudenminimum-wapeningspercentages in principeniet volstaan voor vloeren.Praktisch is komen vast te staan[3, 4 en 5] dat een wapeningsper-centage van 0,6% ? 0,7% nood-zakelijk is om de gevolgen vankrimp, in de zin van een volledigontwikkeld patroon van onscha-delijke haarscheurtjes, effectief tekunnen beheersen. Voor een con-structieve afwerklaag met eendikte van circa 50 mm komt ditneer op een wapeningshoeveel-heid van 360 ? 420 mm2/m, ofweleen nettenwapening ? 9-150.Beter is het een net met een klei-nere kenmiddellijn en een klei-nere maaswijdte toe te passen,waardoor een nog grotere re-ductie van de scheurwijdte kanworden gerealiseerd. Het aantalscheurtjes neemt dan uiteraardwel toe [6] (tabel 1).R e l a x a t i eEen nog niet nader benoemd as-pect draagt ertoe bij, en dat wijstde praktijk ook uit, dat afgezienvanderelatiefzwarewapeningterplaatsevankelknadenendekopse(plaat)einden,metminderkrimp-wapening kan worden volstaan.Geziendeoptredendekrimp(trek)-spanningenindeconstructieveaf-werklaag laat dit verschijnsel zichhet best als relaxatie beschrijven.Dewapeningpercentagesuittabel1 komen voort uit situaties waar-bij sprake is van een 100% belem-meringsgraad. Praktisch gezienis dit voor hechtend uitgevoerdeconstructieve afwerkvloeren opeenondervloervanaaneengescha-kelde prefab elementen maar zel-den het geval.druklaag dik 50mmkanaalplaatvoorstortbalkwapeningsnet ?12-100/ ?8-100afstandhouderdwarsstaven ?12 lang 2,0 mdruklaag dik 50 mmkanaalplaatvoorstortbalkwapeningsnet ?8-100afstandhouderdwarsstaven lang 800 mmonthechtingsstrook400 mm dakleer6 |Uitvoering wapening terplaatse van kopse eindena. hechtend doorverbon-denb. met 400 mm bredeonthechtingsstrookvan dakleerTabel 1 | Krimpwapeningsterkteklasse B 25 B 35 B 45 B 55o;min(volgens [3]) (%) 0,65 0,77 0,90 1,02o;min(volgens VBC) (%) 0,15 0,18 0,22 0,24As> (0,1 fckh = 50 mm) 1)(mm2) 125 175 225 2751)Voorgeschreven hoeveelheid minimumwapening voor overdracht van horizontaleschuifkracht ter plaatse van niet-starre oplegging volgens [5].C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gU t il i teit sb o u wcement 2002 836Afhankelijk van het voorspan-ningsniveau van de plaatelemen-ten, de ouderdom, de betonsterk-teklasse en de belastingen in degebruiksfase,zullendeprefabele-menten door krimp en kruip ver-korten. Deze opgelegde vervor-ming, die voor de constructieveafwerklaag als een in het vlak wer-kende drukbelasting in rekeningkanwordengebracht(afgezienvande naden), compenseert daarmeede te ontwikkelen krimp(trek)spanningen in de afwerklaag.A c h t e r w e g e l a t e n v a n d ed r u k l a a gZoals geschetst leveren vooral denaden de grootste problemen opbij druklagen. In dat licht wordtde druklaag soms in zijn geheelweggelaten. Een eventuele bouw-kundige afwerklaag zal dan veelrisicovoller zijn. Tevens zal deconstructie minder stijf reagerenopbijvoorbeelddynamischebelas-tingenuitrijdendverkeer.Ookzalde brandwerendheid van de con-structie worden be?nvloed [5].De schijfwerkingcapaciteit zalworden verminderd, maar bovenen onder de kanalen is voldoende`flens'dikte aanwezig om eenbepaalde mate van schijfwerkingover te dragen. Voornamelijk bijsparingen en bij de aansluitingmetdegevelsdientextraaandachtaan de verankering te wordenbesteed. Voegwapening kan ech-ter zeer goed worden toegepast.De voegen dienen volgens deeerder beschreven methode goedverdicht te worden gevuld. Hetvoordeel zou optimaler zijn wan-neer in overleg met de prefab-betonindustrie een nieuwe plaatwordt ontwikkeld die aan debovenzijde dicht bekist is afge-werkt. Dit `ready to use' conceptkan zeer vlak en slijtvast wordenuitgevoerd, waarbij bijzondereaandacht aan de vulling van dekelknaden moet worden besteed.T e n s l o t t eIn het voorgaande is ingegaan opeen aantal specifieke problemenbij ontwerp en uitvoering vandit type vloeren. De gepresenteer-de oplossingen zoals het lokaaltoepassen van meer wapeningdan voorheen wellicht gebruike-lijk was, hebben in de praktijkgoede resultaten opgeleverd. Dewapening is nu op plaatsen in deconstructieve afwerkvloer aange-bracht waar deze op een effect-volle wijze zal functioneren. Veelbaanbrekend werk dient echternog te worden verricht aan hetontwikkelen van goede rekenmo-dellen voor dit type vloeren,gezien de veelheid aan be?nvloe-dende factoren. sL i t e r a t u u r1. Swinkels, M.R.J., SBR-uitgave nr. 457, Rechtlijnigescheuren in harde afwerkin-gen op prefab-betonvloeren.Handleiding voor het treffenvan maatregelen in hetontwerp- en uitvoeringspro-ces om scheurvorming tevoorkomen. Stichting Bouw-research, Rotterdam, 1999.2. Monster, H.B. en Bruins, E.SBR-uitgave nr. 392, Dilata-tievoegconstructies in dek-en afwerkvloeren. StichtingBouwresearch, Rotterdam,1999.3. Bouquet, G.Chr. en Fr?nay,J.W., Betonnen bedrijfsvloe-ren en bedrijfsverhardingen.VNC, 's-Hertogenbosch,1998.4. Braam, C.R., Van Breugel,K., Van der Veen, C. enWalraven, J.C., Betoncon-structies onder temperatuur-en krimpvervormingen.Theorie en praktijk.Betonpraktijkreeks 2; VNC,'s-Hertogenbosch, 2edruk1998.5. CROW-uitgave nr. 160,Doorgaand gewapendebetonverhardingen. CROW,Ede, 2001.6. Van den Bos, A.A. ABT wilmeer scheuren in vloeren;Herintroductie standaard-wapeningsnet B503. Cement2002 nr. 4.7. CUR-BmS-rapport 2001-2,Vloeren van kanaalplatenmet ge?ntegreerde stalenliggers. Ontwerp, vervaardi-ging en toetsing. CUR,Gouda, 2001.7 | Detailopname van dewapening.Wapeningsbanen terplaatse van de kelknadenen ter plaatse van dekopse einden van dekanaalplaten