O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 294ir.-arch. Y. Gr?goire en ir. Ch. de Bueger, Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf(WTCB)De publicatie van de huidige Eurocode 6 (EN 1996-1-1van november 2005 [1] vervangt de ENV 1996-1-1 van1995[2])enhaarnaderendeeventueleNationaleBijlagenvoor het berekenen en ontwerpen van metselwerk, heeftenkele vragen doen rijzen betreffende de in de formulesingebouwde veiligheid en aanbevolen parameters voorde sterktebepaling van dit type constructies. Om de nor-malisatiewerken van de BIN-commissie `metselwerk' teondersteunen werkt het WTCB, in samenwerking met deFederaties van producenten van materialen, aan eenruim proefprogramma gesubsidieerd door de BelgischeFederale Overheidsdienst `Economie'. Dit artikel handeltover de druksterkte; er wordt een vergelijking gemaakttussen de Belgische en Europese materiaalnormen en tus-sen de karakteristieke waarde van de druksterkte afgeleiduit proefresultaten en deze uit de tabel of berekend metde formules vermeld in de verschillende normatieve docu-menten.De karakteristieke druksterkte fkvan metselwerkkan volgens Eurocode 6 (EC6) worden verkregendoor afleiding uit de resultaten van de drukproef opmuurtjes volgens EN 1052-1 of door berekening opbasis van de materiaalsterktes volgens de algemeneformule:fk= K fbfmwaarin:fbis de genormaliseerde druksterkte vanmetselstenen;fmis de gemiddelde druksterkte van de mor-tel;K, , zijn parameters afhankelijk van de aardvan het materiaal van de stenen, hun per-foraties (onderscheid per groep), het typemortel (en dus ook zijn dikte) en de voeg-vulling.De hier voorgestelde proefresultaten hebben betrek-king op drukproeven op muurtjes (metselwerk enlijmwerk in baksteen); de druksterkte van metsel-werk bepaald volgens normatieve documenten(`theoretische' indirecte methode) wordt vergelekenmet de resultaten van de proeven (rechtstreeksemethode). Tevens wordt een vergelijking tussenBelgische (NBN) en Europese (EN) normen voorge-steld.Het oorspronkelijke doel was niet het opzetten vaneen statistische basis voor het bepalen van de para-meters K, , uit de algemene formule, maar welhet nakijken van de veiligheid van de door de Euro-code aanbevolen waarden. Dit wordt weergegevenmet de volgende algemene uitdrukking:fk[formule] < fk[proeven].Bij elke uitvoeringsfase wordt een monsternamevan de stenen en mortels uitgevoerd teneinde dematerialen eveneens op druk te testen.M e t s e l s t e n e nDe monstername zoals voorgesteld in deze studiebetreft bakstenen voor dragend metselwerk.Drie types blokken (`TC2', `TC3' en `TC5') metafmetingen +/- 290x140x190 mm3met perforaties1)werden geselecteerd. E?n van deze types (`TC5') isvoorzien van vertandingen en leidt tot verticale voe-gen in het metselwerk zonder mortel (stootvoeg-loos).De bepaling van de druksterkte van deze stenengeschiedde volgens de Europese norm EN 772-1.Ter informatie wordt de druksterkte van twee met-selstenen eveneens volgens de Belgische normNBN B 24-201 bepaald. De voornaamste verschil-len tussen beide methodes betreffen de voorberei-ding (respectievelijk egaliseringswijze door hetslijpen met een oppervlakte-fijnslijpmachine endoor middel van het aanbrengen van een 30 tot50 mm dikke laag cementmortel aan weerskantenvan de steen in twee dagen (??n laag per dag) bij20 +/-5?C en 65 +/-10% RV) en de conditioneringOntwerpen en dimensioneren van steenconstructies (27)Druksterkte van metselwerkvolgens Eurocode 6 -vergelijkende proevenW e t e n s c h a p1) De groep waarvan ze deel uitmaken (groepen 2 en 3 volgens EC6)wordt vermeld in tabel 1. Niettemin geeft de klassering in groepenzowel volgens EC6 als volgens ENV dubbelzinnige resultaten voorsommige types blokken. Dit is het geval voor blok TC5 van onze mon-sterneming. Om aan de veilige kant te blijven, is het noodzakelijk deminst voordelige groep te kiezen.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 2 95(respectievelijk door droging aan lucht, volgensmanier b. van de norm: drogen gedurende min-stens 24 uur bij 105 +/-5?C, daarna afkoeling totomgevingstemperatuur gedurende minstens4 uur en door bewaring gedurende vijf dagen ineen vochtige kamer bij 20 +/-2?C en minstens 90%RV). De monstername per steen bestaat telkensuit zes proefstukken.Volgens de Europese norm wordt de genormali-seerde druksterkte fbberekend op basis van degemiddelde waarde, de vormfactor (afhankelijkvan de verhouding hoogte/breedte van het monsteren berekend volgens bijlage A van de toegepastenorm) en een co?ffici?nt afhankelijk van de condi-tionering van de monsters (0,8; 1,0; 1,2). In hetgeval van een conditionering door drogen aan luchtis deze co?ffici?nt gelijk aan 1,0.Waarden van fbzijn terug te vinden in tabel 1.Daarna wordt fbrechtstreeks gebruikt in EC6 voorde berekening van fk.De behandeling van de gemiddelde waarde (fbm) uitde Belgische proefmethode is voorzien in de Belgi-sche norm `berekening' (NBN B 24-301 [3]). Eerstwordt de karakteristieke waarde fbkberekend opbasis van fbmen `statistische factoren'. Daarna wordtde verbeterde karakteristieke druksterkte fbkverbbere-kend met de vormfactor c (afhankelijk van de ver-houding hoogte/breedte van het monster).Waarden voor fbkverbzijn terug te vinden in tabel 1.NBN geeft waarden voor fkin een tabel in functievan fbkverb.Onder de verschillen tussen de Belgische en Euro-pese normen, valt vooral het gebruik op van eenkarakteristieke waarde volgens de eerste en eengemiddelde waarde volgens de tweede. Deze tweewaarden kunnen niet worden vergeleken; enkel degemiddelde waarden van beide proefmethodenkunnen worden vergeleken. De twee reeksenbeschikbare resultaten tonen aan dat de gemiddel-de waarden van de druksterkte van de twee getestetypes baksteen volgens de EN-proefmethode res-pectievelijk 8 en 30% groter zijn dan deze volgensde NBN-proefmethode.M e t s e l - e n l i j m m o r t e lHet monster bestaat uit drie traditionele mortels(gewone mortel `A', `B' en `C' met verschillendeverwachte druksterktes) en drie mortels voor dunnevoegen (lijmmortel `X', `Y' en `Z'); alle zes industri-eel vervaardigd. Een enkele mortel voor dunnevoegen (Z) is voorzien voor het geval waarbij deperforaties van de stenen niet worden bedekt. Bijhet aanmaken van de muurtjes bestemd voor dedrukproeven, wordt een zak (`industri?le') mortelbemonsterd om er de druksterkte volgens de Euro-pese norm NBN EN 1015-11 en volgens de Belgi-sche norm NBN B 14-209 van te bepalen.Per mortel en per proefmethode worden drie proef-stukken van 160x40x40 mm3aangemaakt. Vervol-gens worden de proefstukken geconditioneerd engetest na 28 dagen.In het geval van de Europese norm NBN EN 1015-11 gebeurt het aanmaken van de proefstukken intwee ongeveer gelijke lagen met verdichting door25 schokken van de vorm op de grond. De proef-stukken worden vervolgens uit de vorm genomenen in een geklimatiseerde kamer geconditioneerdvolgens de wijze die in de norm wordt gegeven.In het geval van de Belgische norm NBN B 14-209gebeurt de voorbereiding van de proefstukken vol-gens de norm NBN B 12-208 door middel van eenschoktafel. De proefstukken worden dan volgensNBN B 14-001, gedurende 28 dagen onder water enbij 20 +/-5?C bewaard.De zes halve prisma's afkomstig van de buigproe-ven worden onder druk getest met een belastings-snelheid van respectievelijk 500 N/sec en 2400 +/-200 N/sec voor alle mortels volgens de Europesenorm en volgens de Belgische norm. De gemiddel-de waarden worden gegeven in tabel 1.Voor deze reeksen proeven geeft de Europese normsteeds hogere waarden dan de Belgische norm (fig.1). De regressierechte van de zes koppels puntenheeft de volgende vergelijking:y = 0,84x met R2= 0,93.Indien men de drie koppels punten overeenko-mend met de mortels voor dunne voegen weglaat,1 Druksterkte van de mor-tel: Belgische versusEuropese proefmethode(links: de zes bestudeer-de mortels; rechts: dedrie gewone mortels uitde zes)y = 0,84xR2= 0,930510152025300 10 20 30y = 0,87xR2= 1,000510152025300 10 20 30N/mm2- gemiddelde druksterkte van de mortel volgens EN 1015-11N/mm2-gemiddeldedruksterktevandemortelvolgensNBNB12-208N/mm2- gemiddelde druksterkte van de mortel volgens EN 1015-11N/mm2-gemiddeldedruksterktevandemortelvolgensNBNB12-208O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 296Tabel 1 | Samenvatting resultaten en berekeningenmetselsteen mortel proeven volgensEN 1052-1 (N/mm2)fbfbkverbfmfmgroep groep (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2) (N/mm2)ref EN ENV NBN EN 772-1 NBN B 24-201 ref NBN EN 1015-11 NBN B 12-208 voegdikte muur 1 muur 2 muur 3 fk(2 2A 41,8 A 7,2 5,9 14,0 10,0 11,6 11,5general TC2 2 2A 41,6 B 13,2 11,8 10,0 12,5 12,5 12,9purpose 2 2A 36,5 21,6 C 26,0 22,6 13,0 12,6 12,2 9,6mortar ? 2 2A 26,7 A 7,2 5,9 14,0 7,8 8,5 7,9gewone TC3 2 2A 25,0 B 13,2 11,8 15,0 4,7 8,9 8,7mortel 2 2A 28,9 C 26,0 22,6 13,5 9,2 9,2 5,7TC5 3 3? 19,1 A 7,2 5,9 6,5 5,8 6,0 5,5thin layer TC2 2 2A 41,6 X 21,1 17,3 2,0 15,7 17,2 13,5mortar TC3 2 2A 25,0 Y 17,5 11,4 3,0 9,6 11,6 10,7lijmmortel TC5 3 3? 17,4 9,7 Z 23,9 21,6 2,0 5,3 5,5 6,0* ter informatie gegevenwaarde omdat slechts ??nmonstername van de over-eenkomstige blokken werduitgevoerd om de druk-sterkte op de steen volgensde Belgische norm te bepa-len.Voor het traditioneel met-selwerk gekarakteriseerddoor een mortel met fm>20 N/mm? (type C), werd dewaarde `20' gebruikt vol-gens EC6 (EN) voor de bere-kening en niet de re?lewaarde.Opmerkingen:? metselwerk uit blok TC5:stootvoegloos? mortel Z: geen bedek-king van de perforaties.krijgt de rechte de volgende vergelijking:y = 0,87x met R2= 1,00;wellicht heeft de onderdompeling volgens de Belgi-sche norm invloed op de karakteristieken van demortel voor dunne voegen, maar dit werd niet ver-der onderzocht.D r u k p r o e v e n o p m u r e nHet metselwerk wordt beproefd volgens de Euro-pese proefnorm NBN EN 1052-1. Per combinatieworden drie proefstukken getest. Elk proefstuk istwee blokken lang en zes blokken hoog (~ 0,6 x1,2 m2). Een truweel of een lijmbak wordt gebruiktvoor respectievelijk het metselen of het lijmen. Naminimaal 28 dagen worden de testmuurtjes onder-worpen aan een drukproef; voor elk muurtje wor-den de breukbelasting en de gemiddelde vervor-ming geregistreerd, evenals de belasting bij de eer-ste scheur. Tabel 1 geeft de resultaten, evenals dekarakteristieke waarden voor de druksterkte. Dekarakteristieke waarde wordt volgens de normgedefinieerd als de kleinste waarde van het quoti?ntvan het gemiddelde en factor 1,2, en de individueleminimale sterkte. Deze statistische benadering isbetwistbaar, temeer omdat de karakteristieke buig-sterkte volgens de EN 1052-2 wordt bepaald, voorvijf proefstukken, als het quoti?nt van de gemid-delde waarden en factor 1,5.De karakteristieke sterkte stemt voor alle combina-ties overeen met de gemiddelde waarde gedeelddoor 1,2, behalve voor twee combinaties; in vergelij-king met de berekende gemiddelde sterkte wordenhier voor een bepaald systeem zeer geringe druk-sterktes voor ??n van de geteste muurtjes opgete-kend.De Young-modulus (afgerond op 10 N/mm2) voorelk systeem wordt in tabel 1 vermeld, evenals deverhouding KE= E/fk; deze waarde moet wordenvergeleken met de door EC6 aanbevolen waarde:1000 (nationale parameter).De eerste scheuren worden voor alle muurtjes vanelk type metselwerk gemiddeld zichtbaar bij eenbelasting overeenstemmend met 65% van de breuk-belasting. Ze verschijnen verticaal op de voorvlak-ken of op de zijvlakken van de muurtjes, meestal inde verticale voegen. De breuk uit zich als hetafbrokkelen van de buitenkant van de elementen,waardoor de binnenkant zichtbaar wordt (afschilfe-ren van de buitenwandjes ? `web' in het Engels).E C 6 f o r m u l e r i n g e nDe formules in de EN (2005)- en de ENV (1995)-ver-sies van EC 6, zijn in hun algemene vorm fk= K fbfmopgenomen in tabel 2. Afgezien van het feit dat deco?ffici?nt K niet dezelfde eenheid heeft in de ver-schillende versies, merken we eveneens op dat deformules ge?volueerd zijn. In de EN-versie wordt eenduidelijk onderscheid gemaakt tussen de verschil-lende materiaalsoorten. Specifiek voor met dunnevoegen verlijmde bakstenen wordt door de ENV-ver-sie geen formule voorgesteld voor de stenen vangroep 3. In de formule voor de stenen van groep 2Awordt rekening gehouden met de sterkte van de mor-tel. Voor dit specifieke geval wordt er door de ENVgeen limietwaarde voor fmgegeven. Uit de vergelij-king tussen de formules, stellen we tevens vast dat deverwachte waarden voor metselwerk met dunne voe-gen ongunstiger zijn dan deze voor traditioneel met-selwerk, uitgezonderd voor het theoretische gevalwaar de sterkte fmvan de traditionele mortel kleiner isdan 5 N/mm2(wat nooit het geval is bij constructiefmetselwerk). Dit was reeds vermeld in [4].V e r g e l i j k i n g e nIn tabel 1 wordt een vergelijking gemaakt tussen deresultaten verkregen door toepassing van de proef-norm NBN EN 1052-1 en de waarden berekendvolgens Eurocode 6 [1, 2] en de waarden uit de tabelin [3]. De proefresultaten tonen aan dat voor hetgeval `metselwerk met dunne voegen', de Eurocode(prEN-versie) voor proeven op muurtjes de waardenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2006 2 97onderschat (wat een veilige aanname is). In hetgeval van gewoon metselwerk daarentegen, wordende waarden door de Eurocode overschat (wat onvei-lig is).De ENV-versie daarentegen schat de waarden klei-ner dan de EN in het geval van traditioneel metsel-werk, maar niet klein genoeg om veilig te zijn.Volgens ENV worden de waarden voor de karakte-ristieke sterkte van metselwerk met dunne voegenoverschat (waarden groter dan vermeld in de EN engroter dan de waarden uit de proeven op muur-tjes).Uitgezonderd in het geval van blok `TC5' met lijm-mortel `Z' is de waarde van de E-modulus, bere-kend op basis van de theoretische waarde van fkende aanbevolen waarde van KE(E = KEfk), groter dande experimenteel bepaalde waarde (tot meer danhet dubbele). Voor deze combinatie is de KE-waardeuit de proeven de enige die groter is dan 1000. DeKE-waarden van de twee andere combinaties metlijmmortel zijn de kleinste. De overschatting van deKE-waarde (bij het gebruik van de aanbevolenwaarde van 1000) geeft in de meeste voorgesteldegevallen een theoretisch minder vervormbaar met-selwerk dan tijdens de experimenten (`werkelijk-heid').T e n s l o t t eZoals reeds aangegeven, dienden de proeven eerderter verifi?ring van de formules dan voor het vormenvan de basis voor een diepgaande statistische ana-lyse. Aangetoond is dat er grote verschillen kunnenbestaan tussen de waarden aanbevolen in de EC6voor het berekenen van de karakteristieke sterktevan metselwerk en de waarden verkregen door hetuitvoeren van proeven volgens de directe methode.Een algemeen geobserveerde tendens is de niet-vei-lige aanname van de formules in EC6 voor debestudeerde types traditioneel metselwerk en de(te) veilige aanname voor de bestudeerde types met-selwerk met dunne voegen (fk[proef] > 1,3 fk[for-mule]). Bovendien blijkt uit de proefresultaten datmetselwerk met dunne voegen een even grote ofzelfs vaak grotere sterkte heeft dan traditioneel met-selwerk; dit in tegenstelling tot wat door de formu-les van EC 6 wordt voorspeld.Gezien de weinig veilige aanname die is vastgesteldvoor het geval van traditioneel metselwerk, is verderonderzoek van de bestudeerde gevallen noodzake-lijk. Op korte termijn moeten enerzijds de parame-ters worden onderzocht die voortkomen uit deproeven op materialen: geldigheid van de vormfac-toren van de stenen vermeld in EN 772-1, geldig-heid van de factoren gelinkt aan de conditioneringvan de stenen voor de proeven; anderzijds de para-meters die voortkomen uit de proeven op muurtjes:geldigheid van de geometrie van de proefstukkenvolgens EN 1052-1. Deze bijkomende experimen-tele studie werd reeds gestart (drukproeven opmuren samengesteld uit verzaagde blokken - blok-ken op halve hoogte).Na het vastleggen van de invloed van deze parame-ters zal het nodig zijn beter aangepaste nationaleparameters te defini?ren, waardoor veilige aanna-mes voor alle types metselwerk mogelijk zijn.Een gelijkaardig experimenteel onderzoek werdeveneens gestart voor andere soorten metselwerk(metsel- of lijmwerk uit beton, cellenbeton, kalk-zandsteen). nL i t e r a t u u r1. EN 1996-1-1 (Eurocode 6), Design of masonrystructures ? Part 1-1: Common rules for reinfor-ced and unreinforced masonry structures.November 2005.2. ENV 1996-1-1 (Eurocode 6), Ontwerp van met-selwerk ? Deel 1-1: Algemene regels voor gebou-wen ? Regels voor gewapend en ongewapendmetselwerk. 1995.3. NBN B 24-301, Ontwerp en berekening vanmetselwerk. 1980.4. Martens, D.R.W., Ontwerpen en dimensionerenvan steenconstructies (8): Druksterkte van lijm-werkwanden. Cement, 2002 nr. 8.fk? karakteristieke druksterkte van metselwerk(N/mm2)waardenproeven formules Eurocode 6 uit tabelfk(N/mm2) E (N/mm2) KE = E/fkEN (2005) ENV (1995) NBN B9,2 8240 896 11,1 10,2 [5,6]*10,5 8900 848 13,3 11,8 [6,6]*9,6 8600 896 13,7 12,1 106,7 4680 699 8,1 7,6 4,7 4360 928 9,3 8,5 5,7 4200 737 11,6 10,4 4,8 4040 842 5,0 4,5 [3,5]*12,9 8460 656 9,5 14,5 [8,4]*8,8 5170 588 6,7 9,9 4,7 4740 1009 3,7 4,1Tabel 2 | Druksterkte van metsel- en lijmwerk. Formules voor het berekenen van de karakteristiekewaarde fkvan de druksterkte (metselwerk in baksteen)groep GPM TLMBaksteen gewone dunne voeg mortel ?metselmortel 'lijmmortel'EN 199611 2 0,45 fb0,7fm0,30,7 fb0,7(2005) 3 0,35 fb0,7fm0,30,5 fb0,7ENV 199611 2A 0,55 fb0,65fm0,250,6 fb0,65fm0,25(1995) 3 0,40 fb0,65fm0,25