dr.ir.J.BlaauwendraadRijkswaterstaat, dienst Informatieverwerking Met beton naar de dokterMet beton in zee-1Oe kloof tussen het onderzoek en hetbedrijfsleven vormt een der knelpunten in hetinnovatieprocesCement XXXI (1979) nr. 5Dit artikel is grotendeels gebaseerd op de lezing die de auteurtijdens de Betondag 1978 heeft gehouden.De technologische tolkOm tot mijn eigenlijke betoog te komen maak ik eerst een klein uitstapje. U herinnert zich wel datenkele maanden geleden het vijftigjarig bestaan van de Nederlandse IngenieursverenigingNIRIAwerd gevierd. Bij dezegelegenheid heeftde (nu overleden) minister van Wetenschapsbe-leid, drs.MW.J.M.Peijnenburg, gesproken over een knelpunt in het innovatieproces. Dat knel-punt is de kloof tussen onderzoekers en het bedrijfsleven.De minister signaleerde aan de ene kant een bedrijfsleven met grote technische problemen enanderzijds een stuk onderzoek en ontwikkeling (denk aan TH en TNO) waaraan ook de overheidmeebetaalt. Echter ... de koppeling van die twee is gebrekkig. Het is een veelgehoorde klachtdat men elkaars taal niet spreekt. Ieder slaat wel op zijn manier een brug(helft)naar de ander enmeent dat hij zijn goede wil toont, maar er is niet altijd een goede aansluiting (fig. 1). De ministerheeft toen zijn gehoor opgeroepen zich op te werpen als 'technologische tolk' om de communi~catiekloof te helpen dichten. Tussen twee haakjes, je kunt tussen de regels doorlezen dat deminister wat dat betreft de TH-ingenieurs niet erg hoog heeft!Nu meen ik toch, dat het betononderzoek Zich gunstig onderscheidt. Je zou zeggen, met eenparafrase op Vondel:Waar wordt een hechter bandDan tussen onderzoek en landTer wereld ooit gevondenwaarbij ik dan denk aan het onderzoek van de Betonvereniging,van de commissies van de CUR,maar evenzeer van de STUVO, de STUPRE enzovoort. En vandaag heb ik het genoegen vanzo'n deelonderzoek, namelijk het CUR-project 'Betonmechanica' de tolk te zijn tussen hetspeurdersteam en u.Blijft dat de minister toch waardevolle dingen heeft gezegd. Soms is het misschien nog wel ietserger, dan hij daar stelde. Het gebeurt nog te vaak, dat de onderzoekers elk??r maar ter nauwer-. nood verstaan. In bepaalde speurwerkdisciplines kan zo'n dieventaaltje groeien, dat collega-speurders met verschillende aandaChtsgebieden nauwelijks meer met elkaar kunnen communi-ceren (fig. 2).De mensen die de stoot hebben gegeven tot de eerste fase van het project Betonmechanicawaren van oordeel dat zo'n situatie ook kan ontstaan tussen het betononderzoek en hetmechanica-terrein. Voor je het weet ontstaat ook daartussen een gapende kloof.2022In bepaalde speurwerkdisciplines kan zo'ndieventaaltje groeien, dat ook collega-speurders met verschillendeaandachtsgebieden nauwelijks meer metelkaar kunnen communiceren3Bij het betononderzoek wordt eenconstructie van ouds in zijn geheelopgenomen; de betonspecialist is heelbekwaam in uitwendig, dus 'oppervlakkig'waarnemenMet beton naar de dokter, de eerste faseLaten we eens nagaan welke ervaring op beide terreinen is opgebouwd. Hetbetononderzoekheeft zich sterk gericht op modelonderzoek in hetlaboratorium en heeft langs die weg ook grotevorderingen geboekt. Een hele constructie wordt dan beschouwd of een karakteristiek onder-deel ervan, bij voorbeeld een kolom of een ligger. Om het gedrag te leren kennen wordt de con?structie in zijn geheel voor observatie opg?nomen. De beton-specialist is heel bekWaam in uit-wendige oppervlakkige waarnemingen (fig. 3) zoalszakkingsmetingen, scheurpatronen zicht-baarmaken, afneembare rekrneters, en dergelijke. Je meetop deze wijze rechtstreeks hettotalegedrag en het draagvermogen, maar er is nog steeds heel wat lef voor nodig om uit zulke regi-straties af te leiden wat er van binnen precies gebeurt.Laten we nu eens kijken naar het mechanicaplateau. De ouderen onder ons zullen zich stelligherinneren dat we daarvanouds werkten met moeizame analytische methoden zoals differen-tiaalvergelijkingen en dergelijke, die we overigens met differentierekening oplosten als het al tebar werd (fig. 4).4Op het mechanicaplateau werd tot voor kortveel gewerkt met moeizame analytischemethodenCement XXXI (1979) nr. 5Met het beschikbaar komen van computers is echter een geheel nieuw type rekenmodel ge-introduceerd, de elementenmethode. De mechanicadokter hanteert het ontleedmes bij zijnobservaties en deelt zijnpatient op in kleine afzonderlijke bouwstenen, de elementen (fig. 5). Hijkent het gedrag van de afzonderlijke elementen en assembleert daaruit in zijn numerieke modelhet totale gedrag. De werkwijze is daarmee duidelijk anders dan die van zijn betoncollega,omdat langs deze internistische weg rechtstreeks detailinformatie kan worden verkregen.De onderzoekers die aan de wieg van het project 'Setonmechanica' hebben gestaan,hebbenzich als doel gesteld de kloof tussen de onderzoeksterreinen 'beton' en 'mechanica' te over?bruggen. In figuur 6 is dit aanschouwelijk voorgesteld. Je zou de voordelen van beide plateauswillen combineren en de nadelen elimineren.Dat houdt concreet in dat het beton?nderzoek zich verlegt van de klassieke globale aanpak naardetail-onderzoek op essenti?le componenten en dat de resultaten beschikbaar komen in eenvorm die zich leent voor verwerking in de elementenmethode.Zo'n samenwerking is nuttig voor beide partijen. De mechanicajongens menen misschien weleens erg snel dat nu alles mogelijk is. Toegegeven, je moet natuurlijk de elementen wel ver-standig kiezen en afzonderlijke elementen invoeren voor beton en staal, maar je zou kunnenmenen dat je dan al heel ver bent. Nu is het echter zo, dat je van elk element het gedrag moet203kennen. En hier tref je de achillespees van de rekenmodellen. Het materiaalgedrag wordt vaaksterk gestyleerd, Zo is er een grote ervaring voor lineair elastische materialen en een watkleinere voor elastoplastisch gedrag. Maar de betoncollega's kunnen de mechanicacollega'shun branie ontnemen door eens te laten zien hoe een betonconstructie zich werkelijk gedraagt.Karakteristiek is het optreden van scheuren, waardoor van de elastische of plastische modellenweinig overeind blijft (fig. 7). De klassieke uitrusting van de mechanica is dan niet toereikend. Demechanicacollega's zullen hun modellen zo moeten opzetten, dat het scheurfenomeen goedwordt beschreven. Er kunnen dan twee hoofdproblemen gelocaliseerd worden. De eerste iswelke schuifkracht nog kan worden overgebracht in een scheur en de tweede is hoe de aan-hechting zich ontwikkelt tussen het wapeningsstaal en het omringende beton.1111111111l1li111~~HUIt .. tJHUl:rTREKPROEFLITERATUUR--~De betoncollega's hebben op zich genomen basisstudies te verrichten op deze twee hoofdge-bieden om de juiste voeding voor de programma's aan te reiken.De krachtsoverdracht in een scheur wordt in het Stevinlaboratorium van de Technische Hoge-school Delft onderzocht aan de hand van een afschuifproef en de aanhechting wordt onderzochtaan de hand van bij TNO-IBBC en de Technische Hochschule Darmstadt uitgevoerde trekproe-ven. Daarnaast worden nog literatuurstudies verricht voor het gedrag van beton en staal sec envan het complexe gebeuren in de verankeringszone (fig. 8). Over het Stevinonderzoek is reedsgepubliceerd door Walraven in het oktobernummer van Cement 1978 en over het IBBC-onder-zoek doorDe Groot in het novembernummer van 1978. Dit basisonderzoeklevert fundamentelekennis die de voeding vormt voor twee computerprogramma's. Het project zal op deze wijze eentweetal directe resultaten opleveren. Enerzijds is dat in de vorm van twee beschikbare pro-gramma's (Micro en Macro) en anderzijds in de vorm van fundamenteel inzicht. De nieuw ver-worven kennis kan worden ge?mplementeerd in de betonwereld om mede de basis te vormenvan nieuwe voorschriften en/of ontwerpregels.7Omdat scheurvorming zo'n dominantfenomeen in betonconstructies is, is deklassieke uitrusting van de mechanica niettoereikend6Het doel van het project Betonmechanica ishet overbruggen van de kloof tussen deonderzoeksterreinen 'beton' en 'mechanica'5Vandaag de dag hanteert demechanicadokter vaak het ontleedmes bijzijn observaties. Oe patient wordt eerstopgedeeld in kleine afzonderlijkebouwstenen, de elementen, om vervolgensgekraakt te worden8Een schuifproefvoor hetscheuronderzoek eneen trekproef voor het aanhechtonderzoekvormen de twee hoofdgebieden van debetonresearch in 'Betonmechanica '; vooraanvullende gegevens wordt literatuurgeraadpleegdOm een indruk te krijgen van de resultaten die zo bereikt zijn, wordt hier een resultaat van hetMicroprogramma getoond. E?n van de hoekverbindingen die door CUR-commissie C 28'Constructiedetails'experimenteel is beproefd, is door Grootenboer numeriek onderzocht. Infiguur 9 is dit constructiedetail weergegeven. Links wordt getoond welke elementindeling is ge-bruikt en hoe het detail vervormt. Daarnaast wordt afgebeeld hoe het proefstuk scheurt en welkescheuren in het rekenmodel worden voorspeld. Geheel rechts is aangegeven welke hoofd-spanningsrichtingen en -grootten worden uitgerekend. Over dit onderzoek heeft Stroband in-middels dit jaar gepubliceerd in het maartnummer van Cement. Veel van de door hem gesigna-leerde verschijnselen worden goed gesimuleerd in het rekenmodel. Het verkregen resultaat iszeker een aanmoediging om op deze weg voort te gaan.Cement XXXI (1979) nr. 5 204crushed(I9Het numerieke Micro-model wordt inmiddelsmet goed resultaat gebruikt om realistischeproeven te simulerena elementindeling rekenmodelb scheuren in de proefc scheuren volgens het rekenmodeld grootte en richting van hoofdspanningen inhet rekenmodel10Een toekomstige tweede fase van'Betonmechanica ' wordt mede gericht op deproblemen die spelen 'met beton in zee'~ VOORSCHRIFTEN>ti INSPECTIE* WISSELBELASTING4f LANGE DUUR ,MILIEUCement XXXI (1979) nr.5Het CUR-bestuur, zo zei Slagter op de CUR-dag van 1978, heeft aan het project 'Betonmecha"nica' haar vertrouwen willen schenken in de hoop nieuwe mogelijkheden beschikbaarte krijgendie ook voor andere commissies van belang zijn. Zo opgevat kan A 26 ook ondersteunendwerken voor haar zustercommissies. Daar hebt U nu een voorbeeld van gezien. Het CUR-bestuur heeft ook beseft dat soortgelijke computerprogramma's uit het buitenland beschikbaarzullen komen en ten dele reeds zijn. Jekuntdaarop reageren door zelf niets (meer) te doen en opde kennis vanbuiten in te spelen. Er zijn echter goede redenen aan te voeren om ook zelf activi-teiten te ontplooien. E?n van de overwegingen daarvoor is de wetenschap dat het gebruik vanzulke computermodellen een specialisme is dat je, gezien het verwachte belang voor de toe-komst, ook in je eigen land wenst te hebben. Alleen daarom al is het van belang zulk werk opnationale schaal te stimuleren.Met onze CUR-commissie voor Betonmechanica staan we inmiddels ook niet meer alleen. In deAmerican Society of Civil Engineers is eveneens een afzonderlijk Task Committee in het levengeroepen op hetzelfde terrein als waarop CUR werkzaam is. Ook daar is de behoefte gegroeidom de krachten te bundelen en te co?rdineren tussen de vele universiteiten.We hebben mogen vaststellen dat internationaal veel waardering bestaat voor het werk van'Betonmechanica' en zijn daarom maar zo onbescheiden om het project tot hier toe succesvol tenoemen.Met beton in z?e, de tweede faseHet hierboven beschreven onderzoek loopt nu enkele jaren en dient in 1979 te worden afgerond.Omdat de middelen nooit onbeperkt zijn, is in het lopende onderzoek bewust gekozen voortweedimensionale constructies als schijven en liggers onder rustende belasting. Op deze wijzestelden we ons voor greep op de materie te krijgen om in een volgende fase verder te gaan metandere invloeden als wisselbelasting en kruip.Het voorbereiden van deze tweede fase is in een stroomversnelling gekomen, nu juist in 1978projecten konden worden geformuleerd voor innoverende offshore-studies waaraan het minis-terie van Economische Zaken wil meefinanieren.Als je metbeton 'in zee' gaat, blijkt datzich een aantal problemen voordoet, dat nauw aansluit bijde voorgenomen tweede fase van 'Betonmechanica'. Daarmee is deze tweede fase heel duide-lijk ook van groot belang voor de offshore industrie. Door de bijzondere omstandigheden waar"aan de offshore constructies zijn blootgesteld (zowel tijdens de uitvoeringsperiode als in de ge-bruiksperiode) en door hun enorme afmetingen en het belang voor veiligheid, milieu en econo"mie is immers een ontwerp en dimensionering op basis van geavanceerde kennis noodzakelijk.Er is een aantal redenen op te sommen waardoor de basiskennis momenteel niet toereikend isvoor offshore constructies (fig. 10). Ten eerste is het een feit dat de huidige voorschriften zijngebaseerd op een ervaring en een 'betoncultuur' waarin weinig plaats werd ingeruimd voor hetbouwen met beton in zee. Verder is het nodig grotere zekerheid te hebben ten aanzien van hetgedrag van betonconstructies in zee, omdat inspectie zoveel moeilijker is. Dit rechtvaardigtmeer ondersteunende research. Daarnaast zijn nog andere aspecten van grote invloed. Inoffshore constructies spelen temperatuurgradi?nten een veel grotere rol dan in andere meerconventionele constructies. .Ook het stabiliteitsprobleem van dikke betonschalen is in zekere zin een nieuw aandachtsge-bied. Ten slotte is een essentieel punt in offshore constructies het steeds wisselen van de be-lasting en dat in een mate die zelden voorkomt bij meer conventionele constructies.205........,' ? \v.....Om de hierboven genoemde redenen bestaat daarom het voornemen de tweede fase van hetproject Betonmechanica mede te richten op de problematiek van offshore betonconstructies.Het voorstel behelst de implementatie van de wisselbelasting, de langdurige belasting en de in-achtneming van het offshore milieu in de tot nu verkregen theorievorming en rekenprogram"matuur.Om zoveel mogelijk aan te sluiten bij de ervaring van de nu lopende eerste fase, zullen de proe-ven uitgevoerd worden op dezelfde proefstukken als eerder (fig. 11). De verdeling over Stevinen IBBC zal nu zo worden dat het Stevinlaboratorium de langeduurproeven Zal doen op beideproefstukken en IBBC de wisselbelastingproeven op beide proefstukken. Daarnaast zal op hetStevinlaboratorium nog materiaalkundig onderzoek op beton sec worden uitgevoerd. Voor dezetweede fase is besloten het computerprogramma Diana-NL te kiezen als centraal rekenmodel.Alle experimentele resultaten zullen daarom op ditprogramma worden toegesneden.Met inbegrip van deze tweede fase zal het project 'Betonmechanica' een loopduur krijgen vanongeveer acht jaar en wordt meer dan acht miljoen gulden omgezet. Figuur 12 toont hoe dit pro-ject wordt gefinancierd. Rijkswaterstaat, TH-Delft en TNO dragen bij in de vorm van ingebrachtemanuren en computertijd. De CUR"financiers zullen uiteraard bijdragen en ook het Ministerievan Economische Zaken via de gebruikelijke stimulering van het CUR-onderzoek. In de MaTS-zak is de bijdrage afgebeeld die aan Economische Zaken is gevraagd in het kader van hetMarien Technologisch Speurwerk (offshore-onderzoek)12Voor de financiering van 'Betonmechanica 'wordt hutje bij mutje gelegd11In de tweede fase van 'Betonmechanica'wordt het onderzoek uitgevoerd aan de handvan dezelfde basis-componenten die in deeerste fase zijn gebruiktDat was het danDaarmee zijn we aan het eind van dit artikel gekomen. Aan u is een alternatieve uiteenzettinggeboden over een (nog steeds) ambitieus plan, waarmee het in figuur 13 gesuggereerdevreugdevolle resultaat wordt beoogd. Als het werk mag worden uitgevoerd zoals nu wordt ver-wacht, zal het betononderzoek veel basiskennis hebben opgeleverd. Deze kan metterdaad be-schikbaar komen voor de praktijk als ze doorwerkt in de voorschriften. Die basiskennis is even-eens voeding voor de rekenmodellen. Ook die kunnen op hun beurt weer beschikbaar komenvoor depraktijk in de vorm van produktierijpe versies, voorzien van goede gebruikersdocumen-tatie. Het team 'Betonmechanica' vertrouwt graag dat de bouwwereld deze produkten met ge-noegen zal ontvangen.13Oe praktijk verheugt zich op een positiefeindresultaat. Oe nieuw verworvenbasiskennis zal haar effect niet missen optoekomstige voorschriften en kan tegelijkoperationeel beschikbaar komen inproduktieprogramma 'sCement XXXI (1979) nr. 5 206
Reacties