Nieuwe methode scheurwijdte-berekening Nieuw CROW-rapport met methode voor de berekening voor gewapende betonconstructies met verhinderde vervormingen 1 Scheurvorming in beton bij wand-vloer-aansluiting; het gevolg van verhinderde vervorming 1 68? CEMENT 1 2021 Om een beeld te krijgen van de berekeningsmethoden die in de Nederlandse bouwpraktijk wor- den toegepast, is de CROW-com - missie 'Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies' (destijds nog resorterend onder SBRCUR - net) in 2017 gestart met het uit- zetten van een casus [1]. Aan con - structeurs uit heel Nederland is de oproep gedaan om van een praktijkvoorbeeld de scheurwijdte uit te rekenen. Dit bij in een situatie met opgelegde vervorming, met bui - gende momenten en met een combinatie van beide. Dit leverde uiteindelijk 16 inzen - dingen met zeer uiteenlopende antwoorden op [2]. Zo varieerden de scheurwijdten bij de vraag over opgelegde vervormingen van 0,03 mm tot 0,27 mm (fig. 2). Zelfs bij ge- bruik van dezelfde methode waren er grote verschillen, doordat diverse factoren anders werden geïnterpreteerd. De casus bevestigde het vermoeden dat er grote behoefte is aan meer uitleg over scheurwijdteberekeningen in het algemeen en het gebruik van een uniforme methode. Met dat doel is de commissie aan de slag ge- gaan. Zij heeft zich daarbij gefocust op het onderdeel waar de grootste verschillen ont- staan, namelijk scheurvorming bij opgeleg - de vervormingen. Dat heeft geleid tot het verschijnen van CROW-CUR Rapport 1:2020 ? Scheurwijdtebeheersing van betoncon - structies [3]. Beschouwde rekenmethoden In het CROW-rapport wordt uitgelegd dat er grofweg twee veelgebruikte scheurvormings- modellen zijn, namelijk het trekstaafmodel en het model met continue verhindering. Voorbeelden van methoden volgens het trekstaafmodel zijn de Eurocode 1992-1-1 paragraaf 7.3.4 [4], Eurocode 1992-3 vergelij- king M.1 [5] en Van Breugel [6]. Een voor- beeld van een model met continue verhin - dering is Eurocode 1992-3 vergelijking M.3 [5], een methode die is overgenomen vanuit de British Standard BS8007 [7]. Trekstaafmodel ? Het trekstaafmodel is een theoretisch model van een betonnen trekstaaf met één wapeningsstaaf in het midden, waarbij ervan uit wordt gegaan dat het wapeningsstaal in het beton na scheuren de volledige kracht overneemt ter plaatse van de scheur. Ter plaatse van de scheur is de spanning en de rek in het beton gelijk aan nul en in het staal is deze maximaal. Over een bepaalde lengte naast de scheur, de overdrachtslengte l st, wordt de spanning vanuit het staal door middel van aanhech - ting overgedragen aan het beton. Dit IR. MAARTJE DIJK Constructeur Witteveen + Bos auteur Voor het berekenen van scheurwijdten in betonconstructies bestaan veel verschillende methoden en deze worden ook nog eens door iedere constructeur op een andere manier geïnterpreteerd. Dit levert in de praktijk grote verschillen op in toegepaste wapening en daarmee in de kwaliteit van bouwwerken. Een CROW-commissie 'Scheurwijdtebeheersing van betonconstructies' heeft zichzelf de uitdaging gesteld meer duidelijkheid te geven over dit onderwerp. Het resultaat is een door de hele commissie gedragen, uniforme methode die wordt gepresenteerd in een CROW-rapport. CEMENT 1 2021 ?69 0 1 2 3 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 aan tal scheurwijdte [mm] Berekende maximale scheurwijdte van Bre uge l Eu ro cod e geba se e rd totdat de rek in het staal en het beton aan elkaar gelijk zijn. De scheurwijdte wordt berekend door het gemiddelde rekverschil over de scheur- afstand te vermenigvuldigen met die afstand. Model met continue verhindering? Het mo- del met continue verhindering gaat uit van een element dat aan één zijde een continue verhindering ondervindt ten gevolge van een ander element. Er wordt daarbij geen rekening gehouden met de overdracht van spanning in het wapeningsstaal, echter de scheurafstand S r,max wordt wel bepaald door de wapening op soortgelijke wijze als in het trekstaafmodel. De scheurwijdte in dit model is een lineaire functie van de hoeveelheid verhinderde vervorming. ICE-methode? Een methode die beide mo- dellen met elkaar verbindt en waarvan de commissie daarom in eerste instantie erg gecharmeerd was, is de ICE-methode uitge- werkt door Phil Bamfort [8]. In de methode komt goed naar voren dat de grootste scheu - ren zich niet voordoen bij een verhinde- ringsgraad van 1,0, maar bij een verhinde- ringsgraad van 0,4 a 0,5. Dit sluit aan bij waarnemingen uit de praktijk waarbij scheuren in de wand op circa 0,1 m boven de verbinding met de vloer maximaal zijn in plaats van helemaal onderin de wand. Het element dat de verhindering veroorzaakt, in dit geval de vloer, zorgt er tevens voor dat de scheuren fijn verdeeld zijn dicht bij de aan - sluiting. Theorie versus praktijk Dat wat theoretisch het meest elegante mo - del (de ICE-methode) leek, blijkt echter niet het meest geschikte model voor de praktijk te zijn. Dit werd duidelijk toen de commissie aan de hand van enkele praktijkvoorbeelden scheurwijdten is gaan narekenen met een aantal methoden. Daarbij kwam aan het licht dat de vele factoren die worden ge - bruikt in de ICE-methode in de praktijk zorgen voor veel problemen. Het is in deze methode belangrijk om een zeer nauwkeurige inschatting te maken van de hoeveelheid opgelegde vervorming en de verhinderings - graad. Dit is voor de meeste projecten prak - 2 Berekende maximale scheurwijdte 3 Trekstaafmodel [8] CROW-COMMISSIE In de CROW-commissie 'Scheurwijdte- beheersing van betonconstructies' hadden zitting: - Hans Galjaard, Volker InfraDesign (voorzitter) - Ad van Leest, CROW (coördinator) - Maartje Dijk, Witteveen+Bos (rapporteur) - Johan Bolhuis, BAM/Hochtief - René Braam, Adviesbureau ir. J.G. Hageman - Sander van het Erve, Mobilis - Jeroen Meijdam, Dura Vermeer - Leo Molenbroek, Heijmans - Tom van der Pouw, Lievense advies- en ingenieursbureau, m.i.v. 1/1/2021 WSP - Ronnie de Rooij, BAM - Hans van Stralen, Royal HaskoningDHV - Gerrit Wolsink, Rijkswaterstaat - Frank van der Woerdt, Ballast Nedam 2 rek staal en beton gelijk rek staal maximaal en beton 0 3 70? CEMENT 1 2021 tisch onmogelijk door de afhankelijkheid van specifieke uitvoeringsomstandigheden en het gebrek aan kennis van sommige para- meters, zoals autogene krimp [9]. Het maken van een juiste inschatting van alle parameters kost veel tijd en levert grote verschillen op in de uitkomsten van de methode. Keuze voor een bekende en robuuste methode Uiteindelijk heeft het narekenen van de scheurwijdten van projecten uit de praktijk geleid tot het inzicht dat er een methode moet komen die robuust is en die niet te veel moeilijk in te schatten parameters bevat. Dat daarmee niet alle factoren die invloed hebben op de scheurvorming wor- den meegenomen, wordt geaccepteerd. Het trekstaafmodel voldoet aan deze voorwaarde. Zowel de methode van Van Breugel [6] als DIN 1045 [10] bleek een goede kandidaat. Omdat DIN 1045 het beste aansluit bij de huidige, in Nederland toegepaste Eurocode, is ervoor gekozen deze als basis te hanteren voor de verdere uitwerking. DIN 1045 is in de basis hetzelfde als de huidige in Nederland gebruikte Eurocode [4] en [5], maar maakt gebruik van enkele andere factoren. CROW-methode De in het CROW-rapport uitgewerkte unifor- me methode is geijkt op de praktijksituaties en sluit waar dat logisch lijkt aan op DIN 1045. Enkele afwijkingen ten opzichte van de in Nederland toegepaste Eurocode zijn: de factor k 3, die het effect van de dekking op de scheurafstand in rekening brengt, wordt conform DIN 1045 gelijk gesteld aan 0; de factor ?ct, die het effect van spreiding in de treksterkte in rekening brengt, is gebruikt om de methode te ijken aan de praktijksitua - ties en komt uit op 0,7; er wordt een factor k t = 0,4 aangehouden (langeduurbelasting) voor opgelegde vervor- mingen. In het rapport wordt op de keuze van deze factoren een korte toelichting gegeven en is de methode verder uiteengezet. Om inter- pretatieverschillen te voorkomen bevat het CROW-rapport zowel een stappenplan als een uitgewerkt voorbeeld en een spreadsheet. Oproep voor aanleveren meetgegevens De commissie is zich ervan bewust dat aan de vergelijking met de verschillende prak - tijksituaties nog flink wat haken en ogen zitten. Het viel niet mee om aan voldoende scheurwijdtemetingen te komen en bij deze metingen de juiste informatie te verzamelen. Het CROW-rapport bevat daarom tevens de aanbeveling voor het opzetten van een meet- programma waarmee de methode in de toe- komst kan worden verfijnd. Daarmee is niet uitgesloten dat de methode in de toekomst nog zal moeten worden bijgesteld. Aan ingenieursbureaus en aannemers in Nederland wordt daarom de oproep ge- daan om ook aan de volgende stap mee te werken. Graag ontvangt CROW meetgege- vens van scheurwijdten in de praktijk om deze in een volgende stap verder te kunnen analyseren. De volgende gegevens zijn hier- voor benodigd: betonsterkteklasse, betonstaalsoort, afme- tingen, dekking en aanwezige wapening; Er moet een methode komen die robuust is en die niet te veel moeilijk in te schatten parameters bevat 4 Element met continue verhindering langs een zijde 4 BESCHIKBAARHEID CROW-RAPPORT Het CROW-rapport is te koop op www.crow.nl/publicaties/ crow-cur-rapport-1-2020. CEMENT 1 2021 ?71 berekende scheurwijdten (conform CROW- methode); tijdstip van storten van het meetobject en van het object dat de verhindering veroor- zaakt; temperatuurverloop van het meetobject; scheurwijdten en scheurafstanden; locatie van de scheuren. CROW zal deze informatie nog verwerken in een format, die wordt gepubliceerd op www.crow.nl (bij het rapport). Net als met de casus uit 2017, zal ook deze informatie zorgvuldig en anoniem worden behandeld. We begrijpen dat het delen van scheurvor- ming in betonconstructies nog steeds een gevoelig onderwerp is, maar zonder prak - tijkvoorbeelden is het lastig om een verbe- terslag te maken. Daarom hoopt CROW dat in vervolg op de casus uit 2017 ook aan deze oproep gehoor wordt gegeven en dat er samen met ingenieursbureaus en aanne- mers weer een volgende stap gezet kan worden. 5 Zonder praktijk - voorbeelden is het lastig om een verbeterslag te maken 5?Gemeten scheurvorming in een door de vloer verhinderde wand [8] 6?Dive-under bij Herfte, foto: ProRail, Stefan Verkerk LITERATUUR 1?Dijk, M., Berekenen scheurvorming in de praktijk, Cement 2017/7. 2?Dijk, M., Bevindingen casus, ref. DT503-1/17-012.969, 13 september 2017. 3?CROW-CUR-rapport 1:2020, scheurwijdtebeheersing van betoncon- structies, Fase 1: scheurwijdtebereke- ningen voor gewapende betonconstruc- ties met verhinderde vervorming. 4?NEN-EN 1992-1-1+C2:2011 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betoncon- structies - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen. 5?NEN-EN 1992-3:2006 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betoncon- structies - Deel 3: Constructies voor keren en opslaan van stoffen. 6?Breugel, K. van, Betonconstructies onder temperatuur- en krimpvervormingen, Theorie en praktijk, Stichting BetonPrisma, 's- Hertogenbosch, 1996. 7?British Standard 8007:1987, Code of practice for Design of concrete structures for retaining aqueous liquids. 8?Bamfort, P. , Denton, Dr. S., and Dr. J. Shave, The development of a revised unified approach for the design of reinforcement to control cracking in concrete resulting from restrained contraction, ICE Research Project 0706, February 2010. 9?SBRCURnet, Autogene Krimp, Fase 1: Preadvies, Delft, 2016. 10?Röhling, S., Zwangsspannungen infolge Hydratationswärme, Veränderungen bei der Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung nach EC 2 gegenüber DIN 1045-1:2008- 08, Verlag Bau+Technik, Düsseldorf, 2009. 11?Bamforth, P. B., Ciria C660, Early-age thermal crack control in concrete, London, 2007. 12?Nilsson, M., Technical Report, Restraint Factors and Partial Coefficients for Crack Risk Analyses of Early Age Concrete Structures, Luleå University of Technology, 2003. 6 72? CEMENT 1 2021