O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2004 6 91Rubber als voegmateriaal bijopleggingen is vooral bekend van-uit de bruggenbouw. Maar ook bijbouwkundige constructies wordtrubber als voegmedium toegepast,bijvoorbeeld bij parkeergarages(foto 1) en in enkele Bestcon-bouwsystemen (foto 2). Met eendergelijke eenvoudige verbindingis droog stapelen mogelijk, waar-door de bouwsnelheid wordt ver-hoogd. In de "Voorschriftenbeton.Bruggen (VBB 1995)" is eenparagraaf opgenomen over hetdimensioneren van de rubberop-leggingen, in de VBC 1995 isdaarvoor niets aangegeven.Bij de Bestcon prefab bouwsyste-men wordt onder meer bij de ver-binding wandelement-vloerplaat-wandelement gebruikgemaakt vanrubber als oplegmateriaal (fig. 3).De verbinding bestaat uit eeningestort stekanker met schroef-huls in het onderliggend wandele-ment, dat op de bouwplaats wordtvoorzien van een stekeind. Hetstekeind past in de gaine van devloerplaat en in de gaine van hetwandelement op de vloerplaat. Ineen later stadium wordt de defini-tieve verbinding gevormd door hetaangieten van de gaines. Hetwandelement wordt op dezemanier ter plaatse van de eindpe-nanten en het middenpenant ver-bonden. De oplegrubbers wordentoegepast om spanningsconcen-traties als gevolg van oneffenhe-den te voorkomen en zijn voor-zien van gaten ter plaatse van destekeinden. De oplegrubbers wor-den alleen onder de vloerplaat toe-gepast; boven de vloerplaat wordthet wandelement in een speciebedgeplaatst om het op hoogte tekunnen stellen. Om afspatten vande betondekking ter plaatse vande voeg te voorkomen, wordt hetRubberopleggingen tussenprefab-betonelementenexperimenteel onderzochtprof.dr.ir. D.A. Hordijk, TU-Eindhoven en Adviesbureau ir. J.G. Hageman B.V.ing. S.J. de Boer, TU-Eindhoven en INFRA CONSULT + ENGINEERINGir. S.J.H. Vroomen, TU-Eindhovenir. J.L. Gijsman, Heijmans BestconBij het construeren in geprefabriceerd beton zijn de verbindingen een essen-tieel onderdeel. Ondanks de ervaring met en kennis van verschillende typenverbindingen, zijn er altijd nog aspecten die om nader onderzoek vragen. Inhet kader van onder meer afstudeeronderzoeken, wordt bij de faculteitBouwkunde van de TU-Eindhoven een bijdrage geleverd aan de verdere ken-nisopbouw van verbindingen. Als onderdeel van haar afstuderen heeft ir.Vroomen [1] experimenteel onderzoek verricht naar het gedrag van verbin-dingen met rubber als voegmedium. De resultaten worden in dit artikelbesproken.1 |Rubberoplegging toege-past in parkeergarage2 |Vloerplaten via rubberopgelegd in Bestcon-bouwsysteem3 |Wand-vloer-wandverbin-ding in het Bestcon-bouwsysteem (a), metwandelement (b) endetail van rubberopleg-materiaal (c)ba40012016012806036003600100707014050600500 503265100prefab betonwandstekeindvloerplaatstekankerafwerkvloerplaatsen in krimparmeondersabelingsmorteloplegmateriaal dik 5mmprefab betonwandoplegrubber oplegrubber oplegrubberstekankergaineoplegrubbercO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ia lencement 2004 692oplegrubber vanaf de rand van hetwandelement 20 mm terugge-plaatst.In de bouwfase zorgt het rubbervoor een gelijkmatige spannings-verdeling ter plaatse van de drieoplegpunten tussen de vloerplaaten het wandelement. Zodra echterde injectiemortel in de gaines isverhard, zal een extra belastingwaarschijnlijk hoofdzakelijk wor-den overgedragen via de starrepunten die worden gevormd doorde stekwapening met in de voegdaaromheen een schijfje mortel.Ook door relaxatie van het rubberzal bij een gelijkblijvende belas-ting in de loop der tijd meer belas-ting via de starre punten wordenafgedragen.In het algemeen geldt bij bouw-kundige constructies dat voor hetverzorgen van samenhang bij rub-beropleggingen ook nog stekwape-ning nodig is. Over het gedrag vaneen dergelijke verbinding en hoedeze gedimensioneerd moet wor-den, is nog weinig bekend. In depraktijk wordt meestal uitgegaanvan de toelaatbare maximale druk-spanning die de leverancier vanhet rubber aangeeft. Op basis daar-van kan bij een hoogwaardig rub-ber een grotere kracht wordenovergebracht dan bij een laagwaar-diger rubbersoort. Omdat in wer-kelijkheid het bezwijkgedrag vande verbinding als geheel (rubbermet aansluitende betondelen) mo-gelijk niet alleen wordt bepaalddoor het rubber, maar mede doorde geconcentreerde krachtsinlei-ding in de aansluitende delen viade stekwapening, is de vraag inhoeverre deze aanpak juist is. Omenig inzicht te verschaffen in hetbezwijkgedrag van een dergelijkeverbinding, is een ori?nterend ex-perimenteel onderzoek uitgevoerd.P r o e f o p z e tHet gedrag van de rubberverbin-dingen is onderzocht door in eendrukbank twee op elkaar geplaats-te betonblokken met daartussenhet rubber, op druk te belasten(foto 4a). Zowel het gedrag vaneen voeg zonder als van een voegmet stekwapening is onderzocht(fig. 4b).De invloed van de kwaliteit vanhet rubber is mede onderzocht.Toegepast zijn twee verschillendeoplegrubbers van de firma Gabel:? oplegrubber MG-SBR (S1) meteen maximale capaciteit van5 N/mm2;? oplegrubber CR-H 25 met eenmaximale capaciteit van25 N/mm2.Beide rubbers zijn toegepast ineen dikte van 5 mm. De aangege-ven maximale capaciteit is de doorde leverancier opgegeven maxima-le drukspanning. Het oplegmateri-aal CR-H 25 bestaat uit een rub-berlaag, voorzien van een gatenpa-troon (foto 5).De betonblokken zijn vervaardigdin zelfverdichtend beton B 55 meteen breedte van 140 mm, hetgeenovereenkomt met de wanddikte inhet Bestcon-systeem. Omdat rela-tief kleine betonblokken (b x l x h= 140 x 300 x 200 mm3) zijngebruikt, is de wandelement-vloer-elementverbinding niet exact na tebootsen. In de experimenten isvoor de stekwapening ?8 mm toe-gepast in plaats van ?16 mm in depraktijk. In de betonblokken zijnbeugels ?6 mm toegepast, tweehorizontaal en drie verticaal. Deproefstukken zijn vervaardigd bijHeijmans Bestcon te Best, waarnadeze twee weken in het Pieter vanMusschenbroek-laboratorium vande TU Eindhoven zijn opgeslagen,alvorens de proeven uit te voeren.De afmetingen van het rubberop-legmateriaal zijn 100 x 260 mm2.Met behulp van de vormfactor,een afmeting-gerelateerde reduc-tiefactor, wordt de waarde voor demaximaal toelaatbare drukspan-ning van het CR-H 25 rubber vooreen afmeting van 100 x 260 mm2tot 18 N/mm2beperkt [2]. Voorhet meten van de vervorming van6 |Locaties waar vervormin-gen zijn gemeten (figu-ren) en bepaling vanspanningen in de stek-wapening door middelvan aangebrachte rek-strookjes (foto)voor rechts2-52-0 2-4 2-12-72-6achter links2-2 2-34 |Proefopstelling (rechts)en schematische weerga-ve onderzochte verbin-dingen zonder en metstekwapening (links)5 |Oplegrubber CR-H 25met gatenpatroonO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialende voeg en de vervorming van debetonblokken zijn verplaatsings-opnemers aangebracht (fig. 6a).Bij de proeven met stekwapeningis op drie plaatsen in een stek derek gemeten met een rekstrookjedat op de stek in de aan te gietengaine is geplakt (foto 6b).De gaines zijn aangegoten met eengietmortel in de kwaliteit K70(foto's 7). De verankeringslengtevan de stekken in de betonblokkenbedroeg 180 mm. De proefstukkenzijn beproefd in een verplaatsings-gestuurde 2500 kN drukbank.P r o e f r e s u l t a t e nAlle proefstukken zijn tot aanbezwijken belast, waarbij in allegevallen het bezwijken van hetbeton maatgevend was. In tabel 1is de gemiddelde maximale krachtweergegeven. De maximale krachtis in alle gevallen veel groter dande kracht die op basis van de ont-werpspanning van het rubber toe-laatbaar is. Bij het rubber MG-SBR met max= 5 N/mm2is de toe-laatbare kracht (BGT) slechts 11%van de gemeten gemiddeldekracht bij bezwijken (UGT). Bijdeze rubbersoort is de maximalekracht bij zowel met als zonderstekwapening ongeveer gelijk. Inhet geval van stekwapening doorde voeg was de gemiddelde maxi-male kracht voor beide rubber-soorten gelijk en dus onafhanke-lijk van het toegepaste oplegmate-riaal. Bij de situatie zonder stek-wapening en het rubber met dehogere toelaatbare belasting werdeen significant hogere gemiddeldebelasting gevonden.In figuur 8 zijn kracht-indruk-kingsrelaties weergegeven voor deverschillende beproefde omstan-digheden. Dit betreft telkens hetresultaat van ??n proef, waarmeede tendensen zoals die uit degehele proevenserie naar vorenkomen, goed worden gerepresen-teerd. De indrukking is de gemid-delde waarde van de vier opne-mers die ter plaatse van de hoe-ken over de voeg zijn geplaatst(fig. 6a). In deze figuur is ook aan-gegeven bij welke belasting deeerste scheurvorming is waarge-nomen en welke belasting behoortbij de toelaatbare spanning van deoplegrubbers. De foto's 9 en 10tonen voor respectievelijk proevenzonder en met stekwapening deproefstukken nadat ze zijn bezwe-ken.In alle gevallen wordt het bezwij-ken ingeleid door het splijten vande betonblokken.Voegen zonder stekwapeningBij de voegen zonder stekwape-ning wordt het rubber naar buitengeperst (foto 9), waardoor eensplijtscheur over de lengte van hetproefstuk ontstaat. Het ontstaanvan deze splijtscheur kan op dekopse zijden van het proefstukworden waargenomen en trad opbij een belasting van ongeveer 800kN. Voor de beproefde omstandig-heden geldt dus dat de eerste(splijt)scheur bij een aanzienlijkhogere belasting optreedt dan dekracht die volgens de ontwerp-spanning toelaatbaar is.Het ontstaan van splijtspanningenis verklaarbaar vanuit de tweebekende effecten:? Het rubber wordt zijdelings uitde voeg geperst, hetgeen wordtverhinderd door het beton. Ditleidt tot drukspanningen in hetrubber en splijt(trek)spannin-gen in het beton, die het grootstzijn bij voegovergang.? Doordat de dwarsuitzetting vande kern van het oplegmateriaaldoor het materiaal langs de randwordt tegengehouden, ontstaateen `opsluiteffect'. Dit resulteertin een spanningsconcentratie inhet midden van het oplegblok,waardoor het betonelementdoor een geconcentreerdekracht wordt belast. Er ontstaanhierdoor splijtspanningen openige diepte in het betonele-ment.Op het betonoppervlak in de voe-gen is na de proef een afdruk vanhet rubber zichtbaar, waarbij tezien is over welk gedeelte het rub-ber naar buiten is geperst (rubberis langs betonoppervlak verscho-ven) en welk middengedeelte dooropsluiting op zijn plaats is geble-7 |Proefstukken (onderstebetonblokken) (links) enaangieten van de stekkennadat het bovenste blokerop is geplaatst (rechts)025050075010001250150017500 0.5 1 1.5 2 2.5 3indrukking (mm)kracht(kN)MG-SBR zonder stekkenMG-SBR met stekkenCR-H 25 zonder stekkenCR-H 25 met stekkenkracht bij BGT-spanningrubberkracht bij eerstesplijtscheurTabel 1 | Gemiddelde gemeten maximale kracht; tussen ( ) het aantal proefstukkenrubbertype maxkracht bij gemeten kracht gemeten krachtontwerpspanning zonder stekken met stekken(N/mm2) (kN) (kN) (kN)MG-SBR 5 130 1211 (2) 1228 (2)CR-H 25 25 469 1734 (2) 1228 (3)8 |Kracht-indrukkingrela-ties voor MG-SBR rubberen CR-H 25 rubber voorproeven zonder en metstekwapeningcement 2004 6 93O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ia lencement 2004 694ven. Bij het CR-H 25 rubber leidtde dwarsuitzetting in eersteinstantie nog niet tot het uitper-sen van rubber uit de voeg, omdatde aanwezige gaatjes eerst wordenopgevuld. Dit is ook de reden datbij een relatief lage kracht eersteen relatief grote vervorming ( 1mm) optreedt, alvorens de krachtzich verder opbouwt bij een stijf-heid die vergelijkbaar is met hetMG-SBR rubber. Hoewel de eerstesplijtscheur toch ook bij ongeveer800 kN optrad, is het vermoedendat dit gedrag tevens de oorzaak isvoor de grotere maximale kracht.Het lijkt er op dat de toename vande kracht ten opzichte van hetMG-SBR rubber gelijk is aan degrootte van de kracht die overge-bracht kan worden tot hetmoment dat de gaatjes gevuld zijnen er dus nog geen uitzetting vanhet rubberoplegvlak als geheeloptreedt.De oplegrubbers ondergaan tij-dens de test grote relatieve vervor-mingen. In dwarsrichtingbedraagt de rek circa = 200.Aan het oplegmateriaal was naontlasten geen visuele schadewaarneembaar.Voegen met stekwapeningBij de beproeving van de voegenmet stekwapening blijkt de voegzich initieel stijver te gedragendan zonder stekwapening (fig. 8).Dit was te verwachten, omdat destekwapening met daaromheen demortel (foto 10) een star punt inde voeg is. Bij eenzelfde vervor-ming is de over te brengen krachtmet stekken groter dan zonderstekken. De krachtsoverdracht inde voeg zal gedeeltelijk via destekken en gedeeltelijk via hetrubber verlopen, waarbij dekrachtsoverdracht via de starrepunten leidt tot een geconcen-treerde krachtsinleiding. Ditmanifesteert zich ook in hetbezwijkbeeld. Bij de proeven metstekwapening ontwikkelen splijt-scheuren zich in de lange zijdenvan het proefstuk op de plaatswaar de stekken de voeg kruisen.Maar ook bij deze proeven ont-staan de eerste splijtscheuren aande korte zijden van het proefstukin het midden van het vlak. Dittreedt op bij een lagere belasting(ca. 500 kN) dan bij de proevenzonder stekken (ca. 800 kN).Omdat CR-H 25 rubber vanwegede aanwezige gaatjes in eersteinstantie relatief slap reageert, zalbij lage belastingen de kracht metname via de stekwapening verlo-pen. Als vervolgens door bijvoor-beeld onthechting langs en vloei-en van de stekwapening de voegverder wordt ingedrukt, zal daarnahet rubber ook meer gaan bijdra-gen aan de krachtsoverdracht. Infiguur 11 zijn de rekken weerge-geven zoals die in de stekwape-ning zijn gemeten. Het blijkt datde rekken ter plaatse van de voeg,en daarmee dus de spanningen,in de stekken bij het CR-H 25 rub-ber groter zijn dan bij het MG-SBR rubber. Bij een belasting vanongeveer 250 kN wordt bij het CR-H 25 rubber de vloeirek in destekwapening bereikt. Dit komtovereen met de afbuiging die inde kracht-indrukkingsrelatie is tezien (fig. 8).Het feit dat bij het CR-H 25 rub-ber de maximale kracht met stek-wapening lager is dan zonderstekwapening, kan worden ver-klaard met het belastingsniveauwaarbij splijtscheuren tot bezwij-ken van het proefstuk leiden.Zowel de rubbervoeg als de stek-wapening veroorzaken splijtspan-ningen. In figuur 12 zijn splijt-scheuren en belastingsoverdrachtten gevolge van de rubbervoeg ende stekwapening met mortel-schijfjes schematisch weergege-ven. In de onderzochte situatieblijkt de kracht bij bezwijken inge-leid door splijtsscheuren tengevolge van stekwapening en rub-ber, bij toeval ongeveer gelijk tezijn aan de kracht bij bezwijkendoor splijtsscheuren ten gevolgevan alleen het MG-SBR rubber. Inhet geval van CR-H 25 rubbertreedt het bezwijken door de stek-wapening op bij een lagere belas-ting dan wanneer alleen het rub-ber aanwezig is.Op basis van de resultaten van deonderzochte voegconstructie (fig.8) lijkt het alsof het geen zin heeftom bij rubbervoegen met stekwa-pening het CR-H 25 rubber, meteen ten opzichte van MG-SBRrubber vijf maal hogere toelaatba-re belasting, toe te passen.Opgemerkt wordt dat de belas-tinghistorie in de praktijk andersis dan in deze proeven, zodat dezeconclusie niet ondubbelzinnig kanworden getrokken. In de praktijkwordt namelijk de voeg in debouwfase eerst tot een zekerbelastingsniveau belast, waarbij destek nog vrij in de gaine kan ver-plaatsen. Pas als de gaines zijngevuld met mortel en die is ver-9 |Bezwijkbeeld bij proef-stukken zonder stekwa-pening MG-SBR (a en b)en CR-H 25 (c)10|Bezweken proefstukkenbij rubbervoegen metstekwapening waarbijlosse betondelen zijnverwijderd en/of aan ??nzijde het betonblok isverwijderdab cO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2004 6 95hard, treedt voor de extra belas-ting die er dan nog bijkomt, desituatie op zoals die in de experi-menten is beproefd. In deze proe-venserie betreft het tevens kortdu-rende belasting.C o n c l u s i e s e na a n b e v e l i n g e nDe ori?nterende experimenten oprubbervoegen, toegepast in bouw-kundige geprefabriceerde con-structies, heeft het inzicht in hetgedrag van een dergelijke verbin-ding vergroot. Voor de onderzoch-te situaties geldt dat de toelaatbarebelasting waarmee in de praktijkwordt gerekend, veel kleiner isdan de bezwijkbelasting en klei-ner is dan de belasting waarbij deeerste scheurvorming optrad. Inalle gevallen was splijten van debetondelen, maatgevend voorbezwijken en dus de maximaalhaalbare belasting. Ook wanneerer stekken worden toegepast is debezwijkspanning veel hoger dande gehanteerde maximale opleg-druk van het rubber. Hierbij geldtnog dat de beproefde situatie nietgeheel overeenkomt met de prak-tijksituatie. Naast het feit dat in depraktijk voor de belasting tijdensde bouwfase de stekwapening nieten voor de extra belasting welfunctioneert, geldt dat in de prak-tijk een stek met een grotere ken-middellijn zal worden toegepast.Gesteld kan worden dat toepas-sing van rubber opleggingen tus-sen geprefabriceerde betonele-menten geschikt is om een gelijk-matige spanningsverdeling in deaansluitvlakken te realiseren enhet `droog stapelen' in de bouwfa-se tot op zekere hoogte mogelijkte maken. Een geperforeerde rub-beroplegging leidt tot hogerebezwijklast. Indien door de voegstekwapening wordt aangebracht,zullen de splijtkrachten die daar-door ontstaan, maatgevend kun-nen zijn voor de capaciteit van devoeg. Wanneer de huidige conser-vatieve rekenmethode wordt verla-ten, wordt geadviseerd met nameop deze splijtkrachten te toetsenen te wapenen. Alvorens hiertoeover te gaan, wordt aanbevolenhet gedrag van een rubbervoegmet stekwapening nader te onder-zoeken, waarbij de situatie die inde praktijk optreedt in ogen-schouw wordt genomen. L i t e r a t u u r1. Vroomen, S.J.H.,Voegverbindingen tussen ver-ticale betonelementen; eennumeriek en experimenteelonderzoek. TU-Eindhoven,Afstudeerrapport A-2003.8,september 2003.2. ProductinformatieCalenberger Fl?chenlochlager205, Calenberg Ingenieure,planm??ig elastisch lagernGmbH, Salzhemmendorf,Duitsland.0250500750100012501500-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0rek (kracht(kN)MG-SBR (1)CR-H 25vloeirek betonstaalrekstrookje onderrekstrookje bovenrekstrookje middenrekstrookje bovenrekstrookje middenrekstrookje onder11|Gemeten rekken instekwapening12|Schematische weergavevan splijtscheuren enmechanisme van belas-tingsoverdracht tengevolge van het rubbervoegmateriaal (a) enstarre punten bij stekken(b)rubbermortel-schijfjemechanismemechanismezij-aanzichtzij-aanzichtvoor/achteraanzichtscheurvormingscheurvormingvoor/achteraanzichtstekrubber