O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 4 89De eerste fase van het project Jasof Harnas was er op gericht al-gemene informatie over scheur-vorming in gevels te verzamelenen experimentele ervaring te ver-werven als voorbereiding van pro-motieonderzoek [1]. Onderzochtwerd of het mogelijk was de op-tredende vervormingen voldoen-de nauwkeurig te meten en hoeproeven moesten worden inge-richt. De grootte van spanningendie door vochtigheids- en tempe-ratuurschommelingen ontstaanzijn tot op heden niet betrouw-baar te schatten, maar kennisdaarover is onontbeerlijk om dekans op scheurvorming te kun-nen beoordelen en om te kunnenbepalen of er dilatatievoegen no-dig zijn.Figuur 1 geeft de plaatsen aanwaar veelal scheuren optredenen waar vaak wordt gedilateerd.Raamhoeken blijken daarbij kri-tiek te zijn, want daar hebbenspanningsconcentraties plaats enworden vaak scheuren aangetrof-fen (foto 2). Hier wordt meestalgedilateerd.P r o e v e nOpbasisvanliteratuuronderzoek,observatie van gevels en het met-selproces, en in overleg met depraktijk is een eerste opstellingontwikkeld en getest. Vijf proef-muren met een raamopeningwerden gemetseld en per muurwerden op 150 punten gedurendedrie maanden vervormingsme-tingen uitgevoerd. Bij het makenen belasten van de muren is ge-probeerd zoveel mogelijk de prak-tijk na te bootsen.Nadelangeduurmetingenwerdende muren in de lengterichting optrek belast, waarmee verhinderdeOntwerpen en dimensioneren van steenconstructies (7)Vervorming van metselwerkboven gevelopeningenir. A.T. Vermeltfoort,Technische Universiteit Eindhoven, faculteit BouwkundeGemetselde gevels worden al sinds eeuwen gewaardeerd om hun esthetischekwaliteiten en duurzaamheid. Een goed uitgevoerde gemetselde gevel is eco-nomisch en vraagt weinig onderhoud, maar scheurvorming wordt al snelonacceptabel gevonden. Om scheurvorming te voorkomen worden gevelsveelvuldig, soms zwaar overdreven, gedilateerd. Van de delen wordt veron-dersteld dat ze `als een harnas' de belastingen die er op werken zonder tescheuren kunnen weerstaan en dat ze het gedrag van de achterliggende con-structie volgen met alleen vervormingsmogelijkheden bij de aansluitingen (dedilatatievoegen).Geheel tegengesteld is de werkwijze waarbij de gevel zo flexibel mogelijkwordt gemaakt zodat deze zonder te scheuren `als een jas' alle vervormingenkan volgen. Deze tegenstelling in uitgangspunten bij het ontwerpen vangevels was de kern van het door de Cornelis Lely Stichting gesubsidieerde pro-ject Jas of Harnas.1 | Plaatsen waar scheurenoptredena. hoogteveranderingb. dikteveranderingc. achter diepeinkassingend. op aansluiting metkolommene. bij uitzetvoegen invloerenf. bij deur- enraamopeningen2 | Gescheurd metselwerkboven raamhoekabecdfkrimp werd nagebootst. Bij dezetrekproeven ging het in eerste in-stantie om de inrichting van deproef en controle van het proef-verloop.P r o e f o p s t e l l i n g v o o rk r i m p p r o e v e nDe proefmuren stelden een deelvoor van een grotere gevel. Optwee penanten van 1 x 1 m2werdeen prefab betonlatei koud opge-legd volgens het voorschrift vande fabrikant. Daarop kwam 0,5 mmetselwerk (foto 3). De totaleproefmuur was 4,6 m lang, de ge-velopening 2,6 m breed, de maxi-male overspanning voor het toe-gepaste type latei.Derandvoorwaardendiedeproef-muur als deel van de grotere gevelzou krijgen, werden in de opstel-lingnagebootst.Depenantenwer-den op teflon opgesteld en de ver-ticale randen werden ten behoevevan de trekproef versterkt met be-tonkolommen.De latei was een samenwerkendeVEBO-betonlatei SAV 60x100,2?4 FeP 1770.DeRijswaard-vormbakstenenhad-deneendruksterktevan21N/mm2[2], de 1:1:6 mortel (cement: kalk:zand) had een gemiddelde druk-sterkte van 6,8 N/mm2volgensNEN 3835.Om later de trekbelasting aan tekunnen brengen werden in demuur beugels ingemetseld die inbetonnen kolommen werden in-gestort.Een week na het metselen werdende penanten voorbelast, waarmeede invloed van bovenliggend met-selwerkwerdgesimuleerd(foto4).M e t i n g t i j d s a f h a n k e l i j kg e d r a gMet een Pfender-meter werd delengteverandering van de muurgemeten. Het meetbereik was1000 mm en de meetnauwkeu-righeid 1 mm. De positionering isonder meer in figuur 7 te zien.Door referentiemetingen op eenstalen blok werd het tempera-tuureffect in de metingen ver-werkt.Uit een vergelijking van de ge-vonden krimprekken met dekrimprekken die in [2] zijn ge-vonden, bleek dat de gevondenrekken kleiner zijn. Dit verschilheeft waarschijnlijk met de om-gevingscondities te maken. Degrootte van de rekken was tempe-ratuurafhankelijk. In dit onder-zoek zijn de muren beproefdonder wisselende temperatuur,terwijl de proefstukken in [2] on-der geconditioneerde omstandig-heden werden beproefd.Bij samenwerkende lateien wordtvaak boogwerking boven de lateiaangenomen, maar dit volgt nietuit de metingen, waarschijnlijkdoordat de belasting door heteigen gewicht van de muur bovende latei te gering was om meetba-re rekken te genereren.Bij alle muren is rekverschil ge-constateerd op de verschillendemeetniveaus boven de latei. Alsvoorbeeld de resultaten van muur5 (fig. 5), waarin uitschieters tezien zijn van de vervormingsme-tingen op het einde van de latei(meetpunten 15 en 72).O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiescement 2002 490- 0,200,20,40,60,86 8 10 12 14 16 18 20 22volgnummer metingrek(?m/mm)14721515 en 72 aan weerskantenop het eind van de latei5 | Meetresultaten van dekrimpproef op muur 5,waarin het gedrag van delatei is te zien3 | Proefmuur na hetmetselen4 | Voorbelasting proefmuurmet betonnen koker-balkenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 4 91De meetresultaten van cyclus 17zijn aanmerkelijk hoger bij allemeetpunten door de extreem ho-ge temperatuur op dat moment.Over het ontstaan van spannin-gen en over het spanningsverlooptijdens en direct na het metselenkan weinig worden gezegd. Daar-voor dienen de rekmetingen ver-der te worden verfijnd. Verder ishet monteren van meetpuntjestijdens of direct na het metselenerg complex. In eerdere krimp-proeven [2] werd in de eerste da-gen zelfs onder geconditioneerdeomstandigheden een grote rekva-riatie gemeten.P r o e f o p s t e l l i n g v o o rt r e k p r o e v e nDe ingemetselde beugels werdenin betonnen kolommen gestort,waaraan stalen profielen werdenbevestigd. Deze profielen warenonderdeel van het belastingsfra-me (fig. 6). Rechts is het profielonderdeel van het frame, linkswerd de belasting ingeleid door eraan te trekken (foto 7).De belasting werd in stappen van3 kN op de muur aangebracht. Bijelke belastingsstap werden metde Pfender-meter de verlengin-gen van de bovenste drie lagengemeten.R e s u l t a t e n v a n d et r e k p r o e v e nBij de trekproeven ging het vooralom het ontstaan van het scheur-patroon. Ook de breuktrekkrachten de vervorming van de muurzijn bepaald. Tijdens het trekkenis getracht de betonnen kolom-men evenwijdig aan elkaar tehouden.De trekproeven de vijf muren ver-tonen duidelijke overeenkomsten(tabel 1).*) F1en F2bereikten gelijktijdig hun maxi-male waardeEr is wel verschil in breukkrachten verlenging van de muur doorvariatie in de kwaliteit van hetmetselwerk en de stenen.Bijallemurenmoesteerstdewrij-ving tussen de muur en de on-dergrond worden overwonnen.Uit een later, op een dan los-staande penant, uitgevoerde trek-/schuifproef bleek dat deze pasbij 2,5 kN ging schuiven. Er wordtweleensveronderstelddatdeaan-sluiting van een muur op een fun-dering via een DPC-folie eengeringe wrijving heeft, maar hierstond de muur op teflon en tochwas de wrijvingsco?ffici?nt onge-veer 0,25.Verder onderzoek naar wrijvingin muur-funderingsaansluitingenis in voorbereiding.De wijze van scheuren was bij allemuren min of meer hetzelfde. Descheuren beginnen altijd aan deoplegging van de latei, aan ??nkant, en lopen dan meestal traps-gewijs verder (foto 8). De belas-ting werd op twee manieren aan-gebracht: bij langzaam opvoerenvan de belasting scheurden demuren geleidelijk, bij sneller op-voeren in ??n keer, waarbij eenluide klap werd gehoord.In figuur 9 is de met meetklokjesgemeten verlenging van de totalemuur (4,6 m) uitgezet tegen deopgelegde belasting. De ondersteopnemer reageerde pas bij hogebelasting, het glijden kwam toenpas op gang. De gevoeligheidvan de controle van de proef wasonvoldoende om de belasting zo-danig te sturen dat de verticaleranden parallel bleven.De latei schuift hier over de op-legging maar in de praktijk wordtTabel 1 | Maxima van de krachtenmuur F1 maxF2 max(F1+F2)max*)(kN) (kN) (kN)1 13,80 1,74 15,322 14,11 4,76 18,813 15,53 5,72 16,384 17,22 3,72 18,905 13,24 1,51 14,737 | Muureinden: links vijzelsvoor trekproef en rechtskolom vast aan het frame8 | Lateihoek na trekproef;zie ook positioneringmeetpuntjes6 | Muur gereed voor detrekproef.De waarden van F1en F2zijn weergegeven intabel 1F1F2ook vaak waargenomen dat dehoek bij de oplegging afscheurt.De tendens van de gemiddelderekken over de drie horizontalemeetrijen boven de latei laat ziendat een min of meer niet-lineairetendens wordt gevolgd. Bij de alsvoorbeeld gegeven muur 5 bleefde laag ter hoogte van de latei inde voorlaatste stap iets achter.N u m e r i e k e a n a l y s eIn het numerieke model werdende materiaaleigenschappen uit deproefingevoerd.Hetsamenwerkenvan de latei met het metselwerkwerdnagebootst.Dewrijvingwerdslechts geschematiseerd inge-voerd. Verder werd in de analyselineair-elastisch gerekend met dekrachten uit de proef (tabel 1).Uit de analyse komt naar vorendat naast de oplegging van de lateipiekspanningenoptreden(fig.10).Uitdelangeduurmetingenvolgdedat daar de grootste krimp optraden in de proeven scheurde de lateidaar het eerst.Als ??n scheur wordt gemodel-leerd, wordt duidelijk waarom erindeproeftweescheurenontstaan.Het blijft echter onduidelijk waar-om de tweede scheur zo ver door-loopt.Uit het spanningsbeeld in deanalyse blijkt dat er boven de lateigeringe boogwerking optreedt.C o n c l u s i e s e na a n b e v e l i n g e n? De proefopstelling die werdontwikkeld om het ontstaanvan spanningen en het span-ningsverloop rond gevelope-ningen te onderzoeken, gaf aleen goede eerste indruk vanhet gedrag onder experimen-tele condities.? De vervorming van het metsel-werk in de proef was geduren-de drie maanden goed te vol-gen. De gekozen instrumen-ten voldoen, maar de meet-lengte mag, vooral rondom delatei, worden verkleind. Deproblematiek met tempera-tuurschommelingen inverband met de meettechniekwerd onderkend en opgelost.? In de krimpmetingen was deinvloed van de temperatuur enrelatieve luchtvochtigheidterug te vinden. Duidelijkbleek dat de latei aan de uit-einden losscheurt van het met-selwerk.? Verhinderde krimp werd viaeen trekproef gesimuleerd.De muur begon aan het uit-einde van de latei te scheuren.De meeste scheuren liepentrapsgewijs naar boven.Numerieke simulaties beves-tigden de experimentele bevin-dingen. De problematiek vande glijoplegging onder demuur werd onderkend. Zelfsmet teflon trad aanzienlijkewrijving op. Onderzoek naarde invloed van wrijving bijmuur-/funderingaansluitin-gen is in voorbereiding.? Het zou beter zijn de murenin een geconditioneerderuimte te beproeven om deinvloed van temperatuur enrelatieve vochtigheid tekunnen controleren.? De lastinleiding kan wordenverbeterd door de vijzelsanders te sturen.? Het numerieke model kanworden verfijnd door demortel-, steen-, latei- en wape-ningseigenschappen afzonder-lijk in te voeren en door niet-lineair te rekenen.? De eerste indruk van degrootte van de rekken, van derekverdeling, de breuktrek-kracht, de scheurpatronen ende ervaringen met de proefop-stelling kunnen van dienstzijn bij verder promotie-onder-zoek. Welke promovendusmeldt zich?Het onderzoek werd financieelgesteunddoordeStichtingStapel-bouw en de Cornelis Lely stich-ting. L i t e r a t u u r1. Bertrand, T., Onderzoek naarhet krachtenspel rond gevel-openingen. Rapport TUEindhoven, 2001.2. CUR-rapport 193, Materiaal-parameters voor constructiefmetselwerk. CUR, Gouda,1999.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiescement 2002 4920481216-0,025 0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15rek (mm/m)kracht(kN)laag 5 ter hoogte van de lateilaag 6laag 79 | Gemiddelde rek op drieniveaus boven lateitijdens trekproef opmuur 5. De lagen 5,6 en7 zijn de lagen met demeetpunten in foto 810 | Spanningen(N/mm2x 1000) inmetselwerk tijdenstrekproef; latei isgemaskeerd