I IWAPENINGWAPENING,RUGGEGRAAT IN BETONHEEFT DE WAPENINGSTECHNIEK NOG MOGELIJKHEDENVOOR ONTWIKKELING?Dr.Ing.DJungwirth, Dyckerhoff& Widmann AG, Miinchen*In tegenstelling tot de gang van zaken bij het voorgespannen beton, waar eenbeperkt aantal gespecialiseerde onderaannemers kwalitatiefgoed werk aflevert,baart die bij het wapenen met betonstaal zorgen. Dit is in hoofdzaak het gevolg vanprijsbederf, zowel ten aanzien van de staalprijs, het tekenwerk als het aanbrengenvan de wapening. In deze bijdrage wordt de huidige situatie kritisch beschouwd enworden aanbevelingen gegeven voor verbetering.292326noeg gelijkverdeeld overvoor- ennage-spannen beton.De totalejaaromzet van wapeningsstaalloon (zonder wapening) ~----lontwerp -----~-,detailering----------lmateriaal (zonder wapening) 24wapening incL loon en materiaal 13materiaal-:~=====~~=t~6Halgemene kosten 10 10gewapend en voorgespannen beton.Huidige stand van zaken kritischbekekenBetonstaald d d 'Voordracht, gehouden op de Duitse BetoudagIn eBRD wor ?t perjaar ongeveer rie 1989 te Hamburg, vertaald en bewerkt doormiljoen ton betonstaal verwerkt, mo- ir. w.c. Dees.menteel in hoofdzaak de soortBSt IV in r----~~-~------~__lTempcorekwaliteit, lasbaar. Hiervanbestaat 1,2 miljoen ton uit gepuntlastewapeningsnetten (fig. 3): Van de stavenwordt 45% ge?mporteerd, van de netten10%; de export bedraagt respectievelijk0% en 20%. Wat betreft de hoeveelhedenzijn de kenmiddellijnen van 8 tot 28mm door elkaar genomen even sterkvertegenwoordigd.Het verbruik van voorspanstaal be-draagt circa 60.000 ton per jaar, nage-Iedereen spreekt over beton, weini-?gen over de wapening. Als bouw-prestatiewordthet slechtbetaald, nahet storten is het immers toch niet meerte zien. Iedereen heeft de mond vol vanhigh-tech, maar ten aanzienvan het uit-voeren van wapening voor betoncon-structies is er in de laatste decennia nau~welijks iets veranderd (foto 1). Offertesen uitvoering bewegen zich dikwijls indespeculatievesfeer,watgeenbasisvoorde toekomstis enwaardoorverdere ont-wikkeling op de lange baan wordt ge-schoven. Toch bedragen de wapenings-kosten 10 tot 30% van de ruwbouwkos-ten (fig. 2).De wapening neemt de trekkrachten op.en houdt daarmee het beton bij elkaar;daarmee is het de 'ruggegraat' van het1 Wapening van betonconstructies is de afgelopen decennia niet wezenlijkveranderd. De foto's zijn van 1950 (links) en 1988 (rechts) 2 Speciflcatie van deruwbonwkosten in %Cement 1989 nr. 10 15IWAPENINGOver de dimensioner?ng van de wape-n?ng valt wein?g te zeggen [8,9,10,11 en12]. De vele mogelijkheden die beschik-baar zijn staanin geenverhouding tot deuitvoering. Met de eindige-elementen-methode en 'exacte' mater?aaleigen-schappen wordt de belasting schijnbaarnauwkeurig bepaald. Onze taak is eropte letten, dat hetgereedschap intell?gentwordt gebruikt en dat niet door gebrek-kig opgeleide constructeurs eindige-elementenprogramma's kritiekloos enongecontroleerd worden toegepast.VoorspanstaalIn tegenstell?ng tot de gangvanzakenbijbetonstaal wordt het voorspanstaal aan-gebracht door een beperkt aantal be-trouwbare, op technisch hoog n?veauwerkende, gespecial?seerde onderaan-nemers. De prijzen zijn betrekkelijksta-b?el. De totale kosten voor 10 kN toe-laatbare spankracht bedragen 25 tot 40Pfenn?g/m, voor 10 kN breukbelasting20 tot 30 PUm. Ter vergelijking kost 10kN toelaatbare trekkracht bij in hetwerk aangebrachte betonstaalwapen?ngmomenteel 38 PUm (breukbelasting 22Pf/m), hetgeen nauwelijks verschilt metde pr?jsvanvoorspann?ng. In deEuroco-des zullen in eerste instantie geen w?jz?-gingen ten opz?chte van de huidige nor-men zijn opgenomen. De eisen voor hetstaal en voor de w?jze van aanbrengenzijn praktisch gelijk [13,14,15,16], evenalsde dimensioneringsvoorschr?ften[10,11,17,18]. Nationale systemen zullenEuropese erkenn?ngkr?jgen.Mogelijkheden terverbeteringvande wapeningstechniekVerbetering van de wapen?ngstechn?ekis alleen mogelijk, indien reken?ngwordt gehouden met de drie volgendeaspecten:staafmater?aal, respectievelijk BSt 500,ger?bd of geprofileerd, als gepuntlastewapen?ngsnetten verkrijgbaar zal zijn.Voor aardbev?ngsgebieden wordt aaneen staalsoort met hogere rek bij maxi-male belasting gedacht.Volgens DIN 488 zijn de e?sen voor demechan?sche eigenschappen van eenvoldoende hoog n?veau. Nu komt heterop aan inEuropees verband dit niveaute handhaven, om onrust op de marktdoor laagwaardig, goedkoop staal tevoorkomen.Aanvankelijkzou het mogelijkzijn doormiddel van classificatie het huidigekwal?teits~ en veil?ghe?dsn?veau tehandhaven. Momenteel dreigt er echtereen niveller?ng naar het laagste n?veau,hetgeen door deelname aan Europesenormcomm?ssies moetwordenvoorko-men.1990jaar~2507008501800buigen1970 1980staven I betonstaal 220staven III .. 420/500staven IV " 5001550netten IV-1000350~-150 -500~stA R1\ /\V\ r"~//05 Kostenspreiding in DMit voorstaalprijs, buigen en vlechtenDIN 488 'Betonstahl' beperkt reeds hetaantal soorten betonstaal [7]. De Euro-pese normer?ng gaat in dezelfde r?ch~ting, zodat op den duur ??n staalsoortBSt 500 of 450, ger?bd en lasbaar, als3 Verbruik van betonstaal in de BRDI BOD+-i:Cl~ 700i.g~600'":E'c.500gen van de bouwplaats. De honorari-umregeling is echter niet kostendek-kend, waardoor hetvervaardigenvan deteken?ngen [5] daarom veelal ofaan deaannemerwordt gedelegeerd ofvoor la-ge pr?jzen free-lance wordt gedaan. Me-de door de geringe betrokkenheid is hetwerk van slechte kwaliteit.Zoals in het begin reeds is gesteld, is dit-geen basis voor het bouwen in de toe-komst. Prof. Hahn droeg in dit verbandop de Du?tseBetondagin 1981 inBerlijnde fabel voor van de brave schoenmakerKarl en de knoeier Franz [6]. Deze fabelschijnt op het gebied van de wapen?ngwerkelijkheid te gaan worden. Karl wasgoed en duur, Franz slechten goedkoop;beiden zijn van de markt verdwenen.3. Het derde probleemgebied wordt ge~vormd door de wapen?ngsteken?ngen. Diezijn arbeidsintensief, vooral als reken?ngmoet worden gehouden met de belan-2. Het eigenlijke kernprobleem is echter 1985 1986 1987 1988 1989 ja~;9~het buigen en vlechten. Voor het buigen i-'---'~--------------1wordt, voor het merendeel onafhanke- 4 Prijs van betonstaal mS/IVS 1985-lijk van de vorm, 200 DM/ton betaald. 1988, inc1nsieftoeslag, voorDoor automatisering zijn grote buig- 1-0_";~~2_8_nun ---lcentrales hierbij inhet voordeel.Meer dan 2/3 van het vlechtwerk (bijgrote aannemers meestal 100%) wordtaan vlechtbedrijven uitgegeven. Daar-voorwordt 350 tot 700 DM/tonbetaald,dat w?l zeggen 10 tot 20 uur/ton, onaf-hankelijk van de kenm?ddellijn, het-geen nauwelijks of n?et kostendekkendis. Besparingdoor het toepassenvanwa-pen?ngsnetten wordt momenteel doorhogere materiaalprijzen (toeslag voornetten uit voorraad 100 DM/ton, voornetten op bestell?ng 200 DM/ton) enmeer maSSa ten?etgedaan.Uit figuur 5 blijkt, dat de kosten vanbuigenenvlechtenin de ordevangroot-te kunnen l?ggen van de variatie in destaalprijs. Dat lijkt meer op speculatiedan op betrouwbare calculatie. Als ge~volg hiervan werken er onderaan-nemers, met het faillissement inz?cht,op de grens van legaal en illegaal metonderbetaalde, te oude werknemers, diein weer en w?nd kwal?teitswerk moetenleveren.Wie zal daarbij devoorschr?ftenvoor afstandhouders en betondekk?ngnog naleven[4]?Zal deze onzekere toestand met de Eu-ropese markt in 1992 in z?cht verande-ren of moet zelfs met een monopol?evan de staalhandel, de buigcentrales ende vlechtbedrijven worden gerekend?Daarover zal nagedacht moeten wor-den.bedraagt circa 2,5 m?ljard DM, hetgeen?n de orde van grootte overeenkomt metdejaaromzetvan 30 m?ljoen ton cement[1,2,3].In fe?te zijn er drie probleemgeb?eden teonderkennen, namelijk de staalprijs, hetverwerken van het betonstaal en de wa-pen?ngsteken?ngen.1. Ondanks de EG-quotering, overigensgepaard gaande met subsidies inde pro-ducerende landen, was en is de prijs vanhetbetonstaaleenonbetrouwbare,specu-latieve grootheid (fig. 4). Dit wordt me~deveroorzaakt doorde koers van de dol-lar, de schrootprijs en de kleine, flex?be-Ie Ital?aanse walserijen.Een offerte met vaste prijs zonder in-dexclausule op de staalprijs, ook indiende hoeveelheden zijn vastgelegd, houdtdan ook een groot ris?co in.16 Cement 1989 nr. 107 Flexibele dwarskrachtwapeninguit gepuntlaste wapeningsnettenVOorbeelden van rationeel wapenen- basiselementen, in elkaar te steken(fig. 6), zonodig te voorzien van bijleg-staven;- doorvariatieinhetwapeningspercen-tage constant gehouden kolomafme-tingen over een aantal verdiepingen;- uit gepuntlaste wapeningsnetten ver-vaardigde beugelkorven in plaats vanlosse beugels, eventueel met toevoe-ging van beugelladders (fig. 7),~ dikke staven (fig. 8), zonodig met eenhijswerktuig aan te brengen, met me-chanische verbindingen voor een vol-ledige krachtsoverdracht, zonder descheuropwekkende overdrachtsspan-ningen van overlappingslassen. Huid-wapening van gepuntlaste wape-ningsnetten voor de scheurverdeling;- eenvoudig te vervaardigen hoekop-lossingen.Deze zullen moeten worden ontwik-keld [19], waarvoor zonodig verderonderzoek naar meer draagvermogenmoet plaatshebben. Getoond wordentwee varianten voor een hoekoplos-sing van een raamwerk, waarbij hetmoment. de hoek opent (fig. 9).Bij variant a wordt de scheur lood-recht gekruist.Bij variant b is een eenvoudig ortho-gelijk maakt.Een succesvol begin is reeds gemaakt.Ook bieden vlechtbedrijven reeds hettotale pakket aan, vanaf het tekenwerktot en met het aanbrengen van de wape-ning.1. De wapening moet voorafingrote ele-menten kunnen worden vervaardigd,ontworpen met behulp van CAD(Computer Aided Design), en moetop een kwalitatiefhoogwaardige wij-ze kunnen worden aangebracht. Ditvereist standaardoplossingen voorhoeken, knooppunten, aansluitingenen sparingen, alsmede effici?nte ver-bindings-enverankeringselementen.2. Gestreefd moet worden naar zoveelmogelijk wapeningselementen met de-zelfde afmetingen en kenmiddellijn. Hethierdoor veroorzaakte hogere staal-verbruik wordt ruimschoots gecom-penseerd doorbesparing op loonkos-ten. Daarbij hoort ook het gebruikvan gepundaste wapeningsnetten,waarmee, ondanks hogere materiaal-prijzen en meer massa, door bespa-ring op arbeidsloon de totale kostenkunnen worden gereduceerd.Het construeren met een minimumaan staalverbruik is in ieder geval deverkeerde weg. Hetsysteemmoet bo-vendien worden aangepast aan aUtO-matische gegevensverwerking, waar-mee naasthet financi?le voordeel ookde kwaliteitsverbetering totzijnrechtkomt.3. Voorwaarde voor het bovenstaande issamenwerking van alle belanghebbendenin het ontwerpstadium. De op-drachtgever zal moeten kiezen tusseneen, qua afmetingen, uniek, duur ge-bouwen een economische oplossingmet standaard-elementen, die nogvoldoende individuele variatie mo--dladder8 Wandwapening met grotekenmiddellijn, huidwapening voorde scheurverdelingb,- - d.1 I.6 Hoekoplossing met lusvonnigeelementen van gepuntlastewapeningsnetten9 Hoekoplossing in een raamwerka. weinig wapening, speciaalgebogen stavenb. eenvoudige wapening, meerstaalverbruik---1[>bCement 1989 nr. 10 17IWAPENINGGeraderAnschluBstabMuffenstab gebogen(oder gerade)Lenton-koppelingGebogenerAnschluBstab11.....,overlappingslas///...... I mofverbinding1"""''--7''"''-----~--; GEWLstaal.-//geribd staalc'"t)3000~2000VerbindingenDe lasbaarheid van de wapening werd,wegens de hoge eisenvolgens DIN 4099voor lassen op de bouwplaats, onvol-doende benut. Een belangrijke vooruit-gang is dan ook geboekt met de mecha-nische verbindingen. Zo is de GEWI~mofverbinding, ondanks de hogerestaalprijs, vanaf een aantal moffen, res-pectievelijk beneden een bepaalde mof-afstand, ,~oedkoper dan de overlap-pingslas (fig. 10).Daarbij is zelfs nog geenrekening gehouden met overige bespa-ringen, zoals een doorgaande bekistingen gemakkelijker betonneren.gonaal wapeningsnet toegepast, dochis meer staal vereist, doordatde scheu-ren scheefworden gekruist [20].Te allen tijde zal rekening moeten wor-den gehouden met de eisen ten aanzienvan storten en trillen van het beton.10(10Zweiter Bauabschnitl Erster Bauabschnitl Zweiter Bauabschnitl Erster Bauabschnitl17.533,754 aantal moffen 12mofafstanden (m) GEWI-systeem voor stortvoegen10 Kosten van verbindingenEr is een veelvoud van verbindingen inde handel [21], voor het merendeelschroef- en persverbindingen (fig. 11~13). Deze onderscheidenzich door het alofniet vereist zijn van een zaagsnede ofde mogelijkheid de staven in langsrich-ting te verschuiven, de oplossing voorhet niet kunnen draaien van gebogenstaven, gevoelig~eid bij montage en devereiste ruimte hierbij, alsmede het be-nodigde gereedschap.Van belang is eenheid in de eisen tenaanzien van toelaatbare slip, vermoei-ing, breukbelasting en rek. Ook speeltde kwaliteitsbe?nvloeding tijdens deuitvoering een belangrijke rol. Hier ligtnog een potentieel aan ontwikkelings-mogelijkheden. Ten aanzien van sterkteen rek mag de verbinding in geen gevalzwakker zijn dan de doorgaande staaf.AutomatiseringVerdere automatisering bij het knippenen buigen is mogelijk (meervoudigknippen, tweevoudig buigen) met eenminimaliseringvan het knipverlies. MetCIM (Computer Integrated Manufac-turing)-gestuurde lasautomaten kun- I--------:.:::::::::====~~~~~=-=:::.~~:.:..:::..:.:..:.:::----~---.:..=__Jnen nieuwe typenwapeningselementenworden gemaakt. 13 Hydraulische persmoffen18 Cement 1989 nr. 10Tabel 1Materiaalkosten van betonstaal, voor-spanstaal en verschillende soorten vezelsin pfennig per 111 voor 10 kN breukbelas-tingWapenen met vezelsSporad?sch wordt wapemng van staal-,glas-, kunststof- of koolstofvezels toe-gepast.Ter vergel?jk?ng zijn ?n tabel 1 demater?aalkosten opgenomen voor zo-wel ??n meter betonstaal, voorspanstaalals vezels, voor 10 kN breukbelasting.Aangez?en doorgaans ??n r?chting vande dr?e-d?mens?onaal gerangsch?kte ve-zels wordt benut, ?s concurrentie metnormale wapemng slechts succesvol bijb?jvoorbeeld ge?xtrudeerd beton en bijdunne sch?jven, schalen en gevelele-menten (foto 14 en 15), alsmede ?nd?eneen hoge slijtvasthe?d ?s vere?st, agress?e-ve ?nwerk?ng wordt verwacht, geenkosten ?n Pfenn?gper m per 10 kNbreukbelasting117111315-403-6106-1825~5050-100betonstaalvoorspanstrengvoorspandraadvoorspanstaafstaalvezelsteenwolpolypropyleenglasvezelararn?devezelkoolstofVezelmater?aalDuurzaamheidInd?en met kan worden volstaan met denormale betondeklcing, kan de duur-zaamhe?d worden verbeterd door ver-z?nken, coaten of toepassen van roest-vast sta?l [22,23,24,25].De kosten van coaten zijn hoog: 400 tot600 DM/t (duplexsysteem); deze oplos-s?ng ?s daardoor econorn?sch met haal-baar. Er zullen dan ookgoedkoperesys-temen ontw?kkeld moeten worden.Roestvast staal ?s nog duurder en komtdaardoor alleen ?n aanmerk?ng voor be~vestig?ngsrn?ddelen. Toepass?ng vanverz?nken en roestvast staal ?s met ver-antwoord bij mogelijke ?nwerk?ng vanchlor?de.Het ?s met toegestaan de betondeklcingte verrn?nderen bij toepass?ng vanepoxy- en pvc-coating, zodat d?t alleenplaatsheeft, ?nd?en de opdrachtgeverbere?d is voor hogere kwal?te?t en duur-zaamhe?d extra te betalen. Voor denoodzakelijke acceptatie zal nog ge-kwantificeerd moeten worden wat gro~tere duurzaamhe?d ?nhoudt. De tegen-slagen bij? bouwwerken met epoxy-ge-coate wapen?ng ?n Amer?ka zal nog ge-analyseerd moeten worden.16 VerankeringsvariantCement 1989 nr. 10 19IWAPENINGmagnetisch veld magworden be?nvloedofbij een groot op te nemen arbeidsver-mogen. Hetgebruikvanvezels alswape~ning neemt echter toe.Overeenkomstigeoverwegingengeldenvoor het vervangen van stalen stavendoor staven van glas-, kunststof~ ofkoolstofvezels [22]. De verankering ishierbij nog een probleem.Verdere ontwikkeling bij het voor-spannenIn de belangstelling staan robuustervoorspanstaal, verbetering van de injec-tietechniek, wrijvingsonderzoek, dichtespankanalen, toelaatbare scheurdieptenen voorspanning zonder aanhechting.Een veelvoud aan verankeringstechnie-ken staat ter beschikking, bijvoorbeeldvolgens figuur 16. Verbetering van deduurzaamheid is in ontwikkeling [27].Dankzij de verbetering van de injectie-techniekis niet alleen het gecontroleerdinjecteren mogelijk geworden doormiddel van afpersen [28,29,30], ookkunnen verankeringszones reeds onderwater worden ge?njecteerd. Dit was bij-voorbeeld het geval was bij de 85 mlan-ge verticale spanelementen in de be-schermwand om het Ekofisk-platformin de Noordzee (fig. 17).Systemen ter bescherming tegen corro-sie worden verder ontwikkeld [27], omook bij corrosieve invloed in het ge-17 Gecontroleerd injecteren van dehechtverankering in debescherrnwand om de Ekofisk-installatiea. wandaanzichtb. detailscheurde gebied voorspanelementenmet aanhechting te kunnen toepassen(fig. 18).Tenslotte is de tendens groeiende,voor-spanelementen zonder aanhechtingcontroleerbaar toe te 'passen, met demogelijkheid van vervanging.Opgaven voor de toekomstHetvoorgespannen beton heeft met ge-specialiseerde onderaannemers eentechnisch hoogwaardig uitvoerings-niveau, zonder marktbederf Omdatva-klieden schaarser worden, is het loon-aandeel alleen al uit dien hoofde te be-perken. Vezelbeton wordt daardoor oplange termijn interessanter.De problemen liggen bij het wapenenmet betonstaal, nog steeds het belang-rijkste element (de verborgen rugge-graat) van.de betonbouw.Aanbevelingen ter verbetering van desituatie zijn:~ de prijs van het betonstaalmoet sta-bieler worden;- constructeur, buig- en vlechtbedrijfmoeten nauw gaan samenwerken;- gestandaardiseerde grote wapenings-elementen (b.v. kolommen, balken) inde computeropslaan, metbijlegstavenaanvullen en op tekening zetten [31];- detailoplossingen voor knooppunten,doorvoeringen, verankeringen enverbindingen moeten beschikbaarzijn en geaccepteerd worden;- streven naar zoveel mogelijk wape-ningselementen met dezelfde afme-tingenen kenmiddellijn. Niet materi-aalminimum, maar kostentninimumis hetjuiste uitgangspunt;- met geringe loonkosten kunnen devooraf vervaardigde elementen wor-den aangebracht, met inachtnemingvan het vereiste kwaliteitsniveau;- het beroepspersoneel scholen;Einddoel is een doorlopend computer-gestuurd traject, van ontwerp tot bekis-tings- en wapeningstekeningen, metoptimalisering van de kosten, te begin-nen met de PC, verbonden met CAD,overgaand in CAM en CIM en eindi-gend in het aanbrengen van de wape-ning met een robot, zoals inJapan reedsincidenteel het geval is (fOto 19).Literatuur1. Riedinger, H., Betonstahl im Wandel.Stahlmarkt 12/1987.2. Jungw?rth, D. en G.Keru, Erfahrun-gen bei derEntwicklung und bei derVe~rarbeitung von Bewehrungsst?hlen imletzten Jahrzehnt. Bauingenieur 1979,nr. 54.3. Herkommer, E, Geschweisste Beton-stahlmatte. Rehm-Festschrift, VerlagErnst & Sohn, 1984.4. DBV-Merkblattsammlung 1987,Ausziige: Betondeckung, Abstandhal-ter, Riickbiegen, Begrenzung der Riss-bildung, Qualit?tssicherung. VerlagDeutsche Beton Verein, Wiesbaden.5. Entwurf DIN 1356, Teil 10, Bau-zeichnungen, Bewehrungszeichnun-gen, 1989.6. Hahn, u., Die Geschichte von Karlund Franz. Betontag 1981.7. DIN 488, Teil 1 bis 7, Betonst?hle.1984, ofEN 80-85,1986 en EN 82-79,1979, of ISO TC17/SC16, of ECISSTC9/SCl, ofEN 10080.? bverankeringszonemet cementmortelinjecterenI'I'~--+I~- na spannen injecterenl":f'1hFt--+r~-strengen 19c/J 0,62"....,ptH"l'~tt--ornhu[[ingsbuis c/J 120 mm---:IlI-----p~N---Jlf--~ injectieleidingenELnEC>ex>Etriex>Een.....ENr-IIJcialOlalI~I-00cI"0I-0I4='.~1-ETro~..E:!I+-0I-..l