? ? onderzoek?ir.A.Bruljntjes, stuurgroep C 96 'Constructief metselwerk'ing.P.Ko/e, co?rdinator metselwerkonderzoek CURDit is een inleidend artikel van een serie waarin zal worden gerapporteerd over het onder-zoeknaarconstructief metselwerk. Hierin wo!dt een schetsvan de problematiekgegevenen is een overzicht opgenomen van de onderzoekstructuur bij eURo In de volgende artike-len wordt dieper ingegaan op specifieke beproevingsmethoden en denumerieke benade-ring; de te behandelen onderwerpen zijn in een afzonderlijk kader aangegeven.ONDERZOEKCONSTRUCTIEFMETSELWERK (I)48Het stapelen of metselen is een techniekwaarvan de mensheid al eeuwenlang ge-bruik maakt. Hettastbare bewijs hiervoorzijnde imponerende bouwwerken uit de oud-heid, die bijna allemaal bestaan uitgestapel-de constructies. Deze constructies ontston-den voornamelijk op basis van intu?tief vak-manschap en ervaring. Een benadering ove-rigens die tot heteind van de 17e eeuw op al-le technische kennis en kunde van toepas-sing is. Pas na 1700, toen fundamentele we-tenschap zich ontwikkelde op basis van ma-thematische abstractie, ontstond een vormmen: alle stenen liggen immers los. Op basishierVan kan worden geconcludeerd dat demechanica waarbij het elastisch vervor-mingsgedraggeldt, niet het gedrag van dezestapeling beschrijft. Evenmin blijkt de span-ningsverdeling goed te bepalen met de be-kende formule:a= MjWEen extra complicatie vormt het niet-homo-gene karaktervan een gemetseldeconstruc-tie in relatie met de bestaande materiaalme-chanica.van theoretische benadering en onderbou- Illustratiefvoor hetvoorafgaande is hetvoor-wing voor constructies. Vooral de moderne beeld van de spouwmuur. Volgens de in Ne-materialen, zoals gewapend beton en staal, derland geldende bouwvoorschriften kun-hebben van deze ontwikkeling geprofiteerd. nen spouwmuren wel worden gedimensio-Metselen is echter ook vandaag de dag nog neerd, maar het is algemeen bekend dat desteeds een bekende en geaccepteerde daarbij gehanteerde materiaalsterkten tebouwwijze. Opvallend is dat metselwerk in hoog zijn. Bovendien wordt de in rekening te-toenemende mate alleen wordttoegepast in brengen windbelasting kunstmatigverlaagd.een decoratieve functie en steeds minder Het toepassen van een dergelijk rekenvoor-met een dragende functie. Uitzondering schrift is uitermate onbevredigend.hierop vormt het gelijmde metselwerk.In 1986 heeft de Nederlandse baksteenin-Problematiek dustrie de hiervoorgeschetste problematiekIndien kritisch naar de ontwikkelde theorie onderkend en met het Baksteen-Research-,en de daarop gebaseerde regelgeving wordt Innovatie-, Kennisoverdracht (BRIK)-pro-gekeken, valtal gauw op datdeze voorname- gramma een ontwikkeling gestart om hetlijkisgebaseerd op empirische kennis. Zodra materiaal metselwerk wederom een plek tede regelgeving moetworden ingezetvoor het geven in de moderne bouw- en constructie-dimensioneren van nieuwe constructies, techniek. Het constructieve gedeelte van ditontstaan problemen. programma is door verschillende CUR-com-Een voorbeeld van de problematiekis hetge- missies uitgevoerd. Dit onderzoekprogram-drag van los gestapelde stenen. Een derge- ma werd in een later stadium ook gesteundlijk stapeling gedraagt zich nauwelijks elas- door de kalkzandsteenindustrie. Onlangstisch, mogelijk nog wel iets onder drukbelas- hebben ook de betonblokkenbranche en deting, maar zeker niet bij trek. Een dergelijke metselmortelindustrie zich hierbij aangeslo-stapeling zal zeker geen trek kunnen opne- ten.CEMENT1995/3Het onderzoekprogramma had tot doel defundamentele kennis en inzichten in gesta-pelde constructies te verbeteren en te ver-groten. Op basis hiervan zouden de traditio-nele, vaak empirische rekenregels voor met-selwerk zodanig kunnen worden aangepast,dat ook moderne en innovatieve construc-ties hiermee kunnen worden gedimensio-neerd.Opzet van het onderzoekOp basis van het pre-advies van PAC 4 'Met-selwerkmechanica' is nader onderzocht of,en op welke wijze, moderne onderzoektech-nieken zoals numerieke simulaties een op-lossingzouden kunnen bieden. Na zorgvuldi-ge afweging is met behulp van de eindige-elementenprogramma's UDECen DIANAeenaanvang gemaakt met numerieke simula-ties van gestapelde constructies. OmdatDIANA zich goed leent voor ontwikkeling ineen researchomgeving, is hiermee verdergegaan.Door CUR-onderzoekcommissie A 33 'Nu-merieke metselwerkmechanica' zijn in DIA-NAspeciale modules ontwikkeld die hetrela-tiefbrosse gedragvan metselwerkgoed kun-nen beschrijven. Met UDEC zijn voornamelijkverificatieberekeningen gemaakt van de inDIANA ontwikkelde modellen. Tenslotte zijnlaboratoriumexperimenten uitgevoerd,enerzijds om de modellen te voeden met ma-teriaalparameters, anderzijds ter controlevan de numerieke modellen.CEMENT1995/3Het onderzoek is uitgevoerd door inge-nieursbureaus, TNO Bouw, TU Delft (Stevin-laboratorium) en TU Eindhoven (leerstoelStapelbouw). De benodigde experimentelegegevens zijn verkregen door het uitvoerenvan vervormingsgestuurde trek-, afschui-vings- en drukproeven. Bij deze experimen-ten is ernaar gestreefd zoveel mogelijk ??nparameter tegelijk te bepalen. Hierbij is ge-bruik gemaakt van de zeer geavanceerdevervormingsgestuurde trekbanken bij hetStevinlaboratorium en TNO Bouw. Hiermee isbereikt dat interpretaties kunnen worden be-perkt, waardoor goede vergelijking vanproefresultaten mogelijk is.Hetprobleem van bestaande meetgegevenszit vaak in de meettechniek en de veelheidvan parameters die vele interpretaties toe-staan. De numerieke modellen vragen juistondubbelzinnige 'echte' materiaalparame-ters. Over de resultaten van dit onderzoekzal separaat worden gerapporteerd in eenvan de volgende afleveringen van deze serie.Het onderzoek is begeleid door CUR-com-missie B 50 'Experimenteel metselwerkon-derzoek'. Naast deze twee onderzoekcom-missies is commissie C 77 'Analytische met-selwerkmechanica' actief geweest om voor-namelijk langs analytische weg hetkrachten-spel in gestapelde constructies te beschrij-ven. Het geheel werd geco?rdineerd doorC 76 'Stuurgroep constructief metselwerk'.Deze organisatie heeft gefunctioneerd tot1993. In 1993 is gezocht naar een verbre-ding van het draagvlak van het werk van decommissies door behalve de baksteenin-dustrie en de kalkzandsteenindustrie ook demetselmortelindustrie, betonsteenindustrieen cellenbetonindustrie bij het onderzoek tebetrekken. In het zogenoemde 'Interimjaar1993' is met name getoetst of de ontwikkel-de modellen en het numerieke gereedschapbruikbaar waren voor de 'andere' materia-len. Ter verfijning van de inputvan materiaal-gegevens zijn bepaalde experimenten her-haald met cellenbeton en betonsteen. Ten-slotte zijn in een aantal case-studies ondermeer scheurvorming in gevels, penant-bouwmuurverbinding (vertand versus ge-lijmd) en diafragmawanden onderzocht. Eensamenvattende rapportage van het onder-zoek, inclusief conclusies ten aanzien vandeze case-studies, is vastgelegd in CUR-rap-port 171: Constructief metselwerk, een ex-perimenteel/numerieke basis voor prakti-sche rekenregels.Momenteel wordt gewerkt aan de uitvoeringvan hetonderzoekplan 'Constructiefmetsel-werk 11' voor de periode 1995 tot en met1997. Dit onderzoek, dat een brede steunheeft van de metselwerkbranches (stenenen mortels) en dat subsidie heeft verworvenbij de regeling Bedrijfsgericht TechnologischOnderzoek door Collectiviteiten 1994, richtzich voornamelijk op de uitwerking en verta-ling naar praktijkgerichte rekenregels van demet het voorgaande onderzoek verworven~49? ? onderzoek?kennisen gereedschappen. Daarnaast zal in Nog belangrijker is het vaststellen op welkebeperkte mate worden gewerkt aan het ver- wijze dergelijke parameters in rekenmodel-fijnen van de numerieke modellen en metho- len kunnen worden gebruikt.den. Door de inmiddels gegroeide belang-stelling voor onderzoek naar metselwerk, In het afgelopen onderzoek is met stappenkan voor deze ontwikkeling grotendeels ge- gewerkt aan microniveau (steen en voeg),bruik worden gemaaktvan AIO-onderzoek bij via mesoniveau (kleine stapelingen) naarde TU Delft en de TU Eindhoven. macroniveau (constructies). In het toekom-ning en wapening, gevel-engineering enspouwconstructies. Tenslotte zal veel aan-dacht gaan naar onderzoek met betrekkingtot bruikbaarheidsgrenstoestanden. Doorbetverbeterde inzicht in het werkelijke mate-riaalgedrag van metselwerk is het bijvoor-beeld mogelijk om op basis van berekenin-gen beter dan ooit scheurvorming te voor-spellen. Behalve het verbeteren en onder-bouwen van dilatatie-adviezen, zullen con-structies beter kunnen worden getoetst ophet voorkomen van scheurvorming.Ten slotteDe afgelopenjaren is in Nederland met inzetvan financi?le middelen vanuit de verschil-lende metselwerkbranches, met inzet vanwetenschappelijke kennis vanuit de onder-zoeksinstellingen en met inzet en enthou-siasme door de vele pro deo uren van com-missieleden, gewerkt aan het realistisch be-naderen van metselwerk. De gedachte dateen ogenschijnlijk simpel materiaal metsim-pele technieken te beschrijven zou zijn, isniet juist gebleken: het tegendeel is waar.Het blijkt dat materiaaleigenschappen enconstructiegedrag afhankelijk zijn van inge-wikkelde fenomenen zoals softening, wrij-ving en 'snap back'-gedrag. Alleen door dezefenomenen te begrijpen en te vertalen intoepasbare rekenmethoden, kan een door-stige onderzoek zal veel aandacht uitgaan braakop hetgebied van constructiefmetsel-Karakteristieken van het onderzoek naar constructies, bijvoorbeeld invloed vanDe voorafgaande onderzoekperiode heeft de penantvorm (L- of T-vormig), of penant-zich voornamelijk gericht op de bepaling van bouwmuurverbindingen.sterkte-, stijfheids- en softeningeigenschap- Gezien de omvang van dergelijke construc-pen van de samenstellende delen van het ties is modellering op micro- of macroniveaumetselwerk onder trek, druk en afschuiving. niet meer mogelijk. Ook blijkt dat driedirnen-Softening is de geleidelijke afname van de sionale benaderingen een beter inzicht ver-sterkte bij toenemende vervorming; het is schaffen in de krachtswerking. Om dergelijkeeen belangrijke eigenschap voor de zuiverekarakterisering van het materiaal. Hierbij isniet alleen de initi?le helling van het a-c-dia-gram en de pieksterkte van belang, maarook het verloop van het 'na-piek gedrag'.Uit de literatuur is bekend dat de verkregensterkte- en vooral softeningparameterssterk kunnen afhangen van de afmetingenvan het proefstuk. Mede gelet op de Europe-se eenwording en de exportmogelijkheden,is het ook belangrijk om internationaal te ko-berekeningen mogelijk te maken, zullen metname op composietniveau gebaseerde mo-dellen moeten worden ontwikkeld, zonderdat de kenmerkende metselwerkeigen-schappen verloren gaan.Tenslotte zal de verfijning van de reeds ont-wikkelde numerieke modellen een interes-sant onderzoeksonderwerp zijn. Deze ont-wikkeling heeft voornamelijk plaats doormiddel van AIO-onderzoek bij de TU Delft,sectie mechanica en constructies.men tot een geaccepteerde en objectieve Naast het hiervoor genoemde meer mate-vaststelling van de methode waarlangs ma- riaalgerichte onderzoek is voorzien in onder-teriaalparameters kunnen worden bepaald. zoek naar de mogelijkheden van voorspan-50werk worden bereikt.De onderzoeksresultaten tot nu toe zijn be-moedigend. Het toekomstige onderzoek issterk gericht op praktische vertaling van hetonderzoek naar de constructeurspraktijk.Daarmee is metselwerkweerop weg een vol-waardig en modem constructiemateriaal teworden.?CEMENT1995/3