O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV l o erenir. Y. Martin en ir. arch. F. Dobbels, WTCB, Brusselir. P. Van den Bossche, TCHN, BrusselOfschoon het concept van hout-betonvloeren in een aan-tal Europese landen reeds verscheidene jaren wordt ont-wikkeld, is het tot op heden slechts enkele malen inNederland toegepast en sinds kort ook in Belg?e doorge-drongen. Twee Belgische onderzoekcentra ? het Weten-schappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf(WTCB) en het Technisch Centrum voor de Houtnijverheid(TCHN) ? werken momenteel samen aan een onderzoek,gesubsidieerd door het ministerie van Economische Zaken,betreffende de integrale evaluatie van prestatiecriteria vanhout-betonvloeren (mechanische weerstand, trillingscom-fort, akoestisch comfort enz.).De hout-betonvloer is opgebouwd uit houten balkeneneenbetonnendruklaag,dieaanelkaarwordenver-bonden door middel van (stalen) verbindingsmid-delen. Hierover is reeds eerder in Cement gepubli-ceerd [1].De laatste jaren worden houten vloeren steeds vakervoorzien van een dekvloer. Van hieruit is de stap naareen samenwerkende hout-betonvloer relatief klein:er dienen enkel verbindingselementen te wordentoegevoegd. Daarom worden in het onderzoek nietenkel hout-betonvloeren met een bovenlaag vannormaal beton onderzocht, maar ook met een bo-venlaag zoals gebruikelijk in houtbouw, de anhy-drietgebondendekvloer.Bovendienisdedruksterktevan een anhydrietgebonden dekvloer groter dan vaneen traditionele dekvloer, waardoor deze de druk-krachten die in een hout-betonvloer tot ontwikkelingkomen, beter kan opnemen.Uit voorafgaand literatuuronderzoek bleek dat demeeste onderzoeksprojecten over hout-betonvloe-ren gericht zijn op de verbindingsmiddelen en ophet mechanische gedrag van het draagsysteem,zonder rekening te houden met de andere prestatie-criteria. Het huidige Belgisch onderzoek richt zichophetvolledigegammabelangrijkeprestatiecriteria:weerstand bij statische belasting, trillingscomfort,akoestisch comfort, thermisch comfort en brand-weerstand.Deintegratievankennisuitverschillendedisciplines is van essentieel belang, aangezien deprestatiecriteria niet los van elkaar kunnen wordengezien. Dat vereist bijgevolg een multidisciplinairebenadering.M e c h a n i s c h g e d r a gOp de resultaten van de buig- en afschuifproevenwordt hier niet in detail ingegaan. Hierover is reedseerder in Cement gepubliceerd [2]. De resultaten vande proeven met een dunne dekvloer van anhydrietin plaats van normaal beton verdienen nietteminaandacht. Ze leiden tot andere bezwijkmechanis-men dan tot op heden in de literatuur is gepubli-ceerd: de verbindingsmiddelen trekken scheuren inde dekvloer (foto's 1).De proeven tonen aan dat de combinatie van eengeringe dikte (40 mm) en een `middelmaat' kwaliteitvan de druklaag in vergelijking met normaal beton(druksterkte van een anhydrietgebonden dekvloer iscirca 20 N/mm2) dit breukpatroon veroorzaakt. Deverhoging van de stijfheid van het systeem wordtevenwel duidelijk door de buigproeven bevestigd(fig. 2).cement 2004 6108108Prestaties van hout-betonvloeren:een multidisciplinaire benaderingW e t e n s c h a p1 |Breukpatroon in hout-betonvloer met anhy-drietgebonden druklaag:verbindingselemententrekken scheuren in dek-vloer (bovenaanzicht)O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloerenT r i l l i n g s c o m f o r tBelastingenopgebouwenveroorzakentrillingen,dieenerzijdseenre?elgevaarinhoudenvoorhetgebouwen anderzijds ongemakken voor de gebruikersteweeg kunnen brengen. De meest voorkomendetrillingsbronnen in gebouwen zijn van twee?rleiaard: interne bronnen (normaal gebruik van de ver-trekken door de bewoners of gebruikers, zoals hetstappen van personen) en externe bronnen (veroor-zaakt door bijvoorbeeld activiteiten op een bouw-plaats of door het verkeer) [3].Om er zeker van te zijn dat de belastingen die rede-lijkerwijs op een gebouw kunnen worden verwacht,geen onaanvaardbare overlast berokkenen, bevat Eu-rocode 5 [4] een aantal eisen met betrekking tot hetcomfort ten aanzien van trillingen op de vloeren vanwoningen:statisch criterium (1)dynamisch criterium (2)waarin:w is de ogenblikkelijke maximale doorbuigingveroorzaakt door een geconcentreerde verti-cale statische kracht F, uitgeoefend op een wil-lekeurig punt van de vloer;v is de initi?le maximumwaarde van de verticaletrillingssnelheid van de vloer (m/s), veroor-zaakt door een eenheidsimpuls (1 Ns); is de modale dempingsco?ffici?nt;f1is de basisfrequentie;a en b zijn factoren die in Eurocode 5 worden ge-geven, afhankelijk van de gewenste prestatie.De basisfrequentie wordt bepaald uit:(3)waarin:L is de overspanning van de vloer;m is de oppervlaktemassa van de vloer;(EI)Lis de equivalente buigstijfheid van de vloervolgens een as loodrecht op de richting vande vloerliggers.In het laboratorium van het WTCB werd een proef-kamer van 4,14 x 4,14 m2gebouwd voor de studievan trillingen op vloeren (fig. 3). De funderingbestaat uit een plaat van gewapend beton, de 2,4 mhoge verticale wanden zijn opgebouwd uit beton-blokken met een dikte van 140 mm. De testvloer isbovenop de muren aangebracht. Met behulp vanpneumatische veren aan de rand van de funde-ringsplaat is de proefcel ge?soleerd van de omgeving,waardoor deze gemakkelijk in trilling kan wordengebracht, ondanks de grote massa [5].Vervorming onder statische belastingDe uitgeoefende belasting is een geconcentreerdebelasting van 1 kN in het midden van de vloer. Degemeten vervorming in het midden van de houtenvloer bedraagt 0,71 mm, zodat wordt voldaan aan deeerste eis van de Eurocode (vergelijking (1) met a =1,5 mm/kN). Met een anhydrietgebonden dekvloerzonder verbindingsmiddelen is de statische vervor-ming 0,26 mm, wat een bewijs is van de positieveinvloed van de dekvloer, zelfs zonder speciale ver-binding met het hout. Met verbindingsmiddelendaalt de statische vervorming nog tot 0,16 mm.Meting van de versnelling voor een dynamische belastingAan de eis van Eurocode 5 (vergelijking (2) met b =100) wordt niet voldaan voor de houten vloer alleen.Met de houten vloer met anhydrietdekvloer zonderverbinding - ofschoon dat een verbetering brengt -wordt ternauwernood aan de eis voldaan. Daarente-gen, wanneer de dekvloer met de houten vloer ver-bonden is, wordt ruimschoots aan het dynamischecriterium van de Eurocode voldaan, wat de gunstigeinvloed van de verbindingselementen illustreert.Modaal gedrag door rechtstreekse belastingDe proef bestaat uit de meting van de trillingen ver-oorzaakt door de impact op de vloer van een genor-maliseerde hamer. Deze proef heeft het bestaan vanverscheidene eigenfrequenties aangetoond in het re-levante frequentiegebied. Hun aantal is des te groternaarmate de anisotropie van de vloer toeneemt.Voor de zuivere houten vloer zijn vier eigenfre-quentieszichtbaarinhetfrequentiedomeinbeneden40 Hz, terwijl een isotrope en homogene vloer (bijv.van beton) er slechts ??n in ditzelfde frequentie-domeinvertoont.Datgroteaantalisveroorzaaktdoorde relatief grote vervorming van de vloer onder eenbepaalde energie-impact, omdat ze de som is van devervormingen door de verschillende eigenfrequen-ties.f12L2-EI( )Lm-=v bf1 1?( ) (m/Ns2)wFa (mm/kN)cement 2004 6 1092 |Kracht-vervormingsdia-gram bij vierpuntsbuig-proeven (overspanning 6m)a. houten balk (parallam241 x 68 mm2)b. houten balk met anhy-drietgebonden dekvloer(40 mm), zonder verbin-dingsmiddelenc. houten balk met anhy-drietgebonden dekvloer(40 mm) + verbindings-middelen (deuvels onder45 , h.o.h. 200 mm)0510152025303540450 10 20 30 40 50 60 70 80 90verplaatsing in midden ligger (mm)totalebelastingF(kN)abcO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV l o erenVoor de houten vloer met anhydrietdekvloer zonderverbindingselementen, zijn drie eigenfrequentieszichtbaar. Voor de houten vloer met anhydrietdek-vloer en verbindingselementen, kan worden aange-nomen dat in de eerste onderzochte configuratietwee eigenfrequenties het modale gedrag bepalen inhet frequentiedomein beneden 40 Hz. Aangezien??n van beide zeer weinig energie bevat, kan gesteldworden dat er in feite ??n bepalend is (fig. 4).Op basis van deze resultaten kan worden vastgestelddatdeinvloedvandeverbindingdeaanvankelijkzeeranisotrope houten vloer herleidt tot een nagenoegisotrope vloer, aangezien het aantal eigenfrequentiesbeneden 40 Hz wordt herleid tot in feite ??n. Het isde aanwezigheid van de verbindingselementen dietot dit resultaat leidt, eerder dan een enkele aanwe-zigheid van de dekvloer, die slechts een massaver-hoging vormt.A k o e s t i s c h c o m f o r tHet akoestisch comfort werd op basis van geluids-isolatiemetingen in het laboratorium voor verschil-lende proefopstellingen bepaald [6]:? een traditionele houten vloer;? een houten vloer met anhydrietgebonden dek-vloer;? eenhoutenvloermetanhydrietgebondendekvloeren verbindingselementen;? een houten vloer met betonlaag (C 25/30) en ver-bindingselementen;? een houten vloer met betonlaag (C 25/30) en ver-bindingselementen en zwevende dekvloerDe proefresultaten op verschillende vloeren in hetlaboratoriumkunnengebruiktwordenalsinputvooreen rekenmodel (bijv. Acoubat of Bastian gebaseerdop de normen [7] en [8]) die de in situ akoestischeisolatie (luchtgeluidisolatie en contactgeluidisolatie)tussen twee kamers kan voorspellen.Luchtgeluidsisolatie volgens [9]De geluidsverzwakkingsindex (Rw) van de zuiverehouten draagvloer bereikt circa 24 dB, toe te schrij-ven aan de geringe oppervlaktemassa en de hete-rogeniteit van de constructie. Momenteel is de ge-luidsisolatiewaarde voor basiscomfort tussen tweewooneenheden 54 dB. Het aanbrengen van de an-hydrietgebondendekvloervan40mmdikteverhoogtde oppervlaktemassa, hetgeen de luchtgeluidsisola-tie met 10 dB verbetert. Door het aanbrengen vanverbindingselementen tussen de anhydrietgebon-den dekvloer en de houten vloer blijft de Rw-waardeongewijzigd. De invloed van de verbindingselemen-ten is nagenoeg verwaarloosbaar (fig. 5a, tabel 1).Om aan de prestatie-eisen te voldoen, kan de ge-luidsverzwakking worden verbeterd zoals gebruike-lijk bij vloeren:? verder verhogen van de oppervlaktemassa van dedekvloer;? cre?ren van een dubbelwandige constructie doorhet aanbrengen van een zwevende dekvloer en/ofeen verlaagd plafond.Contactgeluidsisolatie volgens [10]De belangrijkste invloedsfactoren om de geluids-overdracht door mechanische impact te belemme-cement 2004 6110beproefde hout-betonvloertrillingen opgewekt doorinterne bronnenhydraulischevijzelportaal (stalenframereactie-massapneumatischeverenfunderingsplaat trillingsproeffunderingsplaat laboratoriumsimulatie van tril-lingen opgewektdoor externebronnen3 |Proefopstelling trillin-gen. Geteste vloeren:- houten vloer (parallam241 x 68 mm2, h.o.h. 600mm + OSB (plaatmateri-aal) 18 mm)- houten vloer + anhy-drietgebonden dekvloer- houten vloer + anhy-drietgebonden dekvloer+ verbindingsmiddelenfrequentie (Hz)dynamischevervorm-baarheid(m/s/N.10-6)bepalendeeigenfrequentieeigenfrequentiemet zeer weinigenergie4 |Modaal gedrag van dehouten vloer met anhy-drietgebonden dekvloermet verbindingselemen-tenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eVloerenren zijn oppervlaktemassa, demping (aan het op-pervlak of in tussenliggende lagen) en ontkoppeling(in geval van meerlagige opbouw). Uit het isolatie-spectrum van de zuivere houten vloer blijken hogewaarden ten gevolge van de beperkte oppervlakte-massa. Bij vergelijking met de resultaten van de test-vloermeteenanhydrietgebondendekvloer,blijkteenafname van het contactgeluidsniveau en bijgevolgeen niet verwaarloosbare toename van de prestatiein het laag- en middenfrequent gebied ten gevolgevan de extra aangebrachte massa2). Als comfortabelcontactgeluidsniveau wordt 58 dB vooropgesteld. Deverbindingselementen in de derde testvloer veroor-zaken een sterkere koppeling en dus een grotere ge-luidsoverdracht tussen de dekvloer en de onderlig-gende houten constructie. Dit zou zich moetenmanifesteren in hogere contactgeluidsniveaus endus in een verminderde prestatie, hetgeen echterniet uit de meetresultaten blijkt (fig. 5b, tabel 1).Hieruitisteconcluderendathettoevoegenvanmassa(dekvloer + afwerking) niet voldoende is om aan-vaardbare waarden voor Ln,w3) te bereiken. Er dientimmers tegelijk te worden ingespeeld op de tweeoverige invloedsparameters: demping en ontkoppe-ling. De realisering van een massa-veer-massasys-teem met tussenliggende dempende laag is metandere woorden onontbeerlijk om de contactgeluids-isolatie effici?nt te verhogen. Het aanbrengen van eenzwevende dekvloer op de hout-betonvloer zal de akoe-stische prestatie ongetwijfeld reeds gevoelig verbete-ren. Nog uit te voeren proeven zullen aangeven watde maximale geluidsisolatie is die met een hout-be-tonvloeristebereiken(incombinatiemetondermeereen zwevende dekvloer en een ontkoppeld plafond).Vermoedelijk zullen echter de vereiste waarden voorwoningscheidende bouwcomponenten (bijv. tussenappartementen) niet bereikt kunnen worden [11].M o n i t o r i n g o p b o u w p l a a t sIn Nederland werd tot op heden een drietal hout-be-tonvloeren gerealiseerd, in een Hotelschool, eendansschool en in het Barlaeus Gymnasium te Am-sterdam.VoorzoverbekendwerddeeersteBelgischehout-betonvloer in het voorjaar van 2004 uitgevoerdin Gent (foto 6). Het WTCB heeft geadviseerd bij hetontwerp en de uitvoering van deze vloer.Het betreft een vloer van circa 27 m2, gerealiseerd bijde renovatie van een middeleeuws pand. De oudevloer met eiken balken (100 x 100 mm2, h.o.h.400 mm) voldeed niet meer aan de huidige presta-tiecriteriaineenwoning.Omhetoorspronkelijkeka-rakter zoveel mogelijk te behouden, werd gekozenvoor de versterking van de bestaande vloer als hout-betonvloer. Aangezien de balken door kruip aan-cement 2004 6Tabel 1 | Gemiddelde lucht- en contactgeluidsisolatie voor enkele vloertypentype vloer Rw(dB) Ln,w+ CI(dB)houten vloer 24 88houten vloer + anhydrietgebonden dekvloer 34 81idem + verbindingsmiddelen 34 80holle welfsels in betonvloer1) 45 ? 47 72 ? 74(h = 150 mm, druklaag, oppervlaktemassa 250 kg/m2)massieve betonvloer1) 56 ? 58 68 ? 70(breedplaten + druklaag, totale dikte 160 mm)1020304050607080100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 100012501600200025003150400050006065707580859095100100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 10001250160020002500315040005000Lfrequentie (Hz)frequentie (Hz)R(dB)1123123n5 |Lucht- (a) en contactge-luidisolatiespectrum (b)voor een hout-beton-vloer en enkele varianten1 houten balken (paral-lam 175 x 68 mm2-h.o.h. 60 mm) + OSB (18mm)2 als 1 + anhydrietgebon-den dekvloer (40 mm)3 als 2 + verbindingsmid-delen1) Reeks bepaald op basis van diverse bronnen uit de literatuur; refe-rentie: Labo Akoestiek, WTCB.2) In het hoogfrequente gebied presteert deze vloer slechter dan dezuivere houten vloer. Dit verlies is toe te schrijven aan het harde con-tactoppervlak van de dekvloer, waardoor de hoogfrequente componen-ten niet dempen. In de praktijk wordt de uiteindelijke oppervlakte-demping bepaald door de vloerbedekking.3) Ln,w+ CIis de gecorrigeerde grootheid van Ln,w, waarmee het verschilinrekeningwordtgebrachttussendeimpactvandeklopgeluidmachineen de werkelijke loopgeluiden.111O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eV l o erenzienlijk waren doorgebogen (tot circa 50 mm in hetmidden van de overspanning), werden de meestevernieuwd. Op de balken werd een bebording aan-gebracht van 14 mm. De betonlaag was 40 mm dik.Om de isolatie te verhogen, werd de afstand tussenhet beton en het hout vergroot door stijve isolatie-platen van 30 mm dik. Als verbindingsmiddelwerden deuvels toegepast, met een tussenafstandvan circa 200 mm. De eiken balken steunen aanweerszijden statisch bepaald op een randbalk. In hetmidden van de vloer werd een houten raveelcon-structie gemaakt voor het trapgat aan de ene en voordoorvoer van leidingen aan de andere zijde. De over-spanning van deze vloer was vrij klein (maximum3,75 m), waardoor de samenwerking tussen hout enbeton relatief beperkt blijft.In een tweede fase zal een tweede hout-betonvloerworden gerealiseerd als verdiepingsvloer boven deeerste. De vloeren zullen worden gevolgd met ondermeer trillingsproeven, akoestische proeven en eenmonitoring van de doorbuiging over circa drie jaar(invloed van kruip).V e r v o l gDe proefresultaten (buig- en afschuivingsproeven,akoestiek en trillingen) van andere configuraties(type verbindingsmiddelen, dikte van de betonlaagenz.) zullen in september 2004 beschikbaar zijn. Zezouden aanleiding moeten geven tot een verlengingvan het onderzoek tot in 2006, waarbij ook andereprestatiecriteria bestudeerd zullen worden (gedragop lange duur, brandweerstand enz.). L i t e r a t u u r1. Van der Linden, M.L.R., Hout-beton draagsys-teem. Cement 1995, nr 9.2. Van der Linden, M.L.R., Hout-beton. Cement2000, nr 8.3. Mertens, C., Trillingen in gebouwen: invloedvan het ontwerp van draagvloeren. WTCB-Tijd-schrift 2001, nr 1.4. Eurocode 5 ? Design of timber structures ?Part 1-1: General ? Common rules and rulesfor buildings. prEN 1995-1-1, december 2003.5. Mertens, C., Trillingen in gebouwen: nieuweproefpost voor het laboratorium. WTCB-Tijd-schrift 1998, nr 2.6. Wuyts, D., Evaluation des prestations des plan-chers mixtes bois-b?ton. Rapport interm?diairen?3, WTCB, mei 2004.7 EN 12354-1:2000 Estimation of acoustic perfor-mance of buildings from the performance ofelements ? Part 1: Airborne sound insulationbetween rooms8 EN 12354-2:2000 Estimation of acoustic perfor-mance of buildings from the performance ofelements ? Part 2: Impact sound insulationbetween rooms9 EN ISO 140-3:1995 Acoustics-Measurement ofsound insulation in buildings and of buildingelements - Part 3: Laboratory measurements ofairborne sound insulation of building elements10 EN ISO 140-6:1998 Acoustics-Measurement ofsound insulation in buildings and of buildingelements - Part 6: Laboratory measurements ofimpact sound insulation of floors11. Dobbels, F., Houtskeletbouw in Vlaanderenanno 2004: overzicht van de actuele belemme-ringen en mogelijkheden. Proceedings KVIV-Studiedag `Duurzaam Bouwen in houtskelet-bouw', Heusden-Zolder, april 2004.cement 2004 61126 |Opbouw hout-betonvloerte Gent1 vloerafwerking2 dekvloer3 betonlaag4 wapeningsnet150/150/5/55 isolatieplaat XPS6 bebording7 eiken balk8 stalen verbindingsmid-del1 2 3 4 5687101015431,414,47 |Hout-betonvloer te Genttijdens betonstorten