I IONDERzOEK IFUNDERINGENBEINVLOEDEN HEITRILLINGENDE VERHARDING VAN BETON?ir. H. van Zandbergen. Technische Universiteit DelftIn veel bestekken is een passage opgenomen waarin staat dat pas na het be?indigenvan heiwerken met het betonwerk mag worden begonnen. Uit. het afstudeerwerkvan ir. Van Zandbergen dat hij aan de TU-Delft onder leiding van prof.ir.A.F. vanWeele heeft verricht, blijkt dat dit uitstel onnodig is. Deze conclusie is voor debouwpraktijk van groot belang. Tijd is immers geld.drukgolf CP-golf)Rayleigh-golf (R-golf)..betonwordtvergeleken met die van on-getrild beton.HeitrillingenBeschouwd worden de trillingsgolvendie ontstaan door de beweging van depaalpunt en een spanningsvergrotingonder de paalpunt veroorzaken. Despanningsvergroting langs de paal-schacht wordt buiten beschouwing ge-laten. De spanningsvergroting onder depaalpuntkanwordenvergeleken metdespanningsvergroting ineen puntbronineen elastische halfruimte.De verplaatsingenop hetmaaiveld wor-den veroorzaakt door achtereenvolgensdrukgolven (P), schuifspanningsgolven(Sj, en Rayleighgolven (R) (fig. 1). Circa10% van de energie wordt opgenomendoor de drukgolf. Hierbij bewegen degronddeelges zich heen en weer (druk!trek) in de richting waarin de golfzichvoortplant.Het is gebruikelijk dat in de. meeste bestekken een artikelopgenomen wordt, waarinstaat dat het verboden is om op eenbouwplaats beton voor de fundering testorten als er nog heiwerkzaamhedenplaatsvinden. Uit deze eis zou kunnenworden opgemaaktdat heien een nega-tieve invloed heeft op de kwaliteit vanhet beton.Tot nu toe is echter geen gericht onder-zoekgedaan naar de invloedvanheitril-lingen op de verharding van beton, zo-datde kwaliteitsverminderingdoorhei-trillingen als een veronderstellingbeschouwd moet worden.In de bestekken worden echter geeneisen gesteld aan de afstand waaropauto- en treinverkeer een bouwplaats,waar vers gestortbeton ligt, moet passe- schuifspanningsgolf (S-golf)ren, terwijl de grondbewegingen (tril- I----~-----~---___llingen) door auto- oftreinverkeer vaakgroter zijndan de grondbewegingen ten 1 Soorten trillingsgolvengevolge van heien. Ook worden er geen '---~-~--~---~----leisen gesteld, wat betreft de trillingen,aan het vers gestorte beton van in degrond gevormde, geheide palen. Bij inde grond gevormde geheide palenwordt eenstalen mantelbuis, met aan deonderkant een stalen schoen, in degrond geheid. Vervolgens worden dewapening geplaatsten hetbeton gestort.De stalen mantelbuis wordt trillend uitde grond getrokken. (de stalen schoenblijft achter), waarna qe verse kolombeton il:1 de grond verhardt.De heiwerkiaamhedeninde naaste om-geving worden voortgezetvoor het ma-kenvan de anderepalen.Hetverse betonvan een in de grond gevormde, geheidepaal, die al gereed is, ondergaat trillin-gen door het inheien van de matelbuisvoor de volgende paal op enige afstand.Het doel van dit onderzoek is na te gaanofde kwaliteitvan betondoor trillingenin de verhardingsfase be?nvloed wordt.Het gaat om een vergelijkend onder-zoek, waarbij de kwaliteit van getrildTen geleideIs het noodzakelijk om met het beton-stortenvoor een willekeurig betonwerktewachten tothetheiwerkisvoltooid,ofis het beter voor heiwerken een mini-mum afstand tot pasgestort beton voorte schrijven? Dit zijn aspecten die in 9van de 10 bestekken aandacht krijgen.De meeste bestekken gaan uit van eennadelige invloed, waardoor inderdaadgewacht of een ruime afstand in achtmoetworden genomen.Naar de oorzaak hiervan heeft H. vanZandbergen, in de laatste fase van zijnstudievoorcivielingenieurin Delft, eenonderzoek ingesteld waarover hij in ditartikel verslag doet en dat ruime be-kendheid verdient.Overigens zij vastgesteld,datde praktijkinbedoeldopzichtweinigconsequentis.Immers betonwerk voor balken, poerenen vloeren wordt als regel uitgesteld,maar bij de toepassing Van in de grondgevormde palen wordt er aan de trillin-geninhetgeheelgeeneisengesteld.Elkeafstand enelk tijdsinterval wordtvanuitdit aspect getolereerd, terwijl men zoumogen verwachten dat voor palen,waarlangs meerdere andere palen opkorte afstand worden ingeheid, de om-standigheden veel ongunstiger zijn danbij beton boven het maaiveld. Er is nim-mer bij de vele ontgraven palen enigenadelige invloed van de trillingen tij-dens het verhardingsproces gebleken.Niettemin worden de eerdergenoemdeeisen in zeer vele bestekken toch ver-.meld.De conclusies van Van Zandbergen, hoevoorzichtig ook geformuleerd, verdie-nen het om te worden opgevolgd.prof.ir.A.F. van WeeleCement 1987 nr. 4 49schaal voor horiz~ntale?n vertikale verplaatsingrichting van de golf . .gemeten beweging van kleigrond aan het oppervlak t.g.v. de Raylelgh-goll3 Opstelling met mallenIFUNDERINGENIr = 30 m\([]\tiliIo1020304050 /.lmIONDERZOEK2 Ellips-achtige grondbewegingDe schuifspanningsgolf bevat ca. 25%van de trillingsenergie. Door deze golfworden de gronddeelgess zijdelings be-wogen, loodrecht op de richting waarinde golf zich voortplant. De Rayleigh-golf; metca. 65% Van de trillingsenergie,heeft een beperkte dieptewerking, af-hankelijkvan de grondsoort. De grond-deelges worden ten gevolge van deRayleighgolf zowel in horizontale alsverticale richting bewogen, in de vormvan een soort ellips (fig. 2). De verhou-ding tussen de horizontale en verticalecomponent van de grondbeweginghangt af van de Poisson-constante vande grond. Voor Nederlandse omstan-digheden bedraagt de verhouding tus-sen de verticale en horizontale compo-nent van de trilling ongeveer 11/z.De P- en S-golf worden gekenmerktdoor een half~bolvormiggolffront, datzich in de diepte voortplant. DeRayleighgolfdoor een cilindrisch golf-front, dat zich alleen in horizontale zinvoortplant. De verplaatsingen ten ge-volge van de drukgolven zijn een factor5?10kleinerdandeverplaatsingendoorde schuifspanningsgolvelL De drukgol-ven kunnen dus verder buiten beschou-wing worden gelaten.Als gevolg van geometrische dempingnemen de verplaatsingen door schuif-spanningsgolven op een afstand rtoteenheistelling af met lIr2, de verplaatsin-gen ten gevolgevanRayleighgolvenmet11-/r. Wanneer met een afstand r tot deheistelling de term 1/r klein is ten op-zichte van de term 11-/rkan de verplaat-sing door de schuifspanningsgolvenverwaarloosd worden ten opzichte vande verplaatsing door de Rayleighgolf. Inde praktijk is gebleken dat binnen eenafstand van 20 ? 30 meter de verplaat-singen die worden gemeten, bestaan uiteen combinatie van verplaatsingen tengevolge van S- en R-golven. Daarbuitendoet alleen de R-golfzich gelden.Geconcludeerd kan worden dat door degrotere energie, de geringere dempingen door het feit dat hij zich aan het op-pervlak voortplant, juist de Rayleigh-golfbelangrijk is.Hetzal duidelijkzijn datde bewegingenkleiner zullen worden bij een toene-mende afstand tot de heistelling. De af-namevande amplitude, mettoenemen-de afstand,wordtde.geometrische dem-pingvan de bodembeweging genoemd.De inwendige demping, veroorzaaktdoor inwendige wrijving en cohesie,geeft eveneens een afname van de maxi-male amplituden. Een empirische for-mule die de waarde van de maximaleamplitude met eengeometrischeeneeninwendige demping voor golven be-schrijft is de formule van Barkan (I, 2].A.. ~ ~ ...jro/rexp {-:-a(r- ro)}Ar en ~ zijn de amplituden op afstan-den van respectievelijk r en ro tot deheistelling en a is de absorptieco?ffi-ci?ntvangolfenergie tengevolgevanin-wendige demping.OnderzoekprogrammaGekozen is voor laboratoriumonder-zoek met een opstelling die alleen verti-caal trilt. Met het onderzoek moest zoeenvoudig en gemakkelijk mogelijk be-gonnen worden om iets meer over deinvloed van heitrillingenopdekwaliteitvan beton te weten te komen. Vandaardat gekozen is voor ??n trillingsrichtingen niet voor de moeilijker te realiserenellipsvormige beweging. De belangrijk-ste redenen voor de keuze van laborato-riumonderzoek waren de mogelijk-heden om experimenten te herhalen enhetkunnenvari?ren ofconstanthoudenvan invloedsfactoren die een rol spelenbij dit onderzoek. Het tijdstip waarop deheitrillingen na hetstorten beginnen, detijdsduur dat de trilling aanhoudt en detrillingsamplitude zijn invloedsfacto-ren die in het laboratorium gevarieerdkunnen worden.De betonsamenstelling werd bij dit on-derzoek steeds hetzelfde gehouden. Deinvloed van heitrillingen op de verhar-ding van betonwerd voor 4 amplitudenonderzocht: 1,00,0,75,0,50en0,25 mm.Verder werden het tijdstip en de tijds-duur van trillen bij dit onderzoek ge-varieerd. Het is gebleken dat beton bin-nen 24 uur nahet storten, wat de beton-eigenschappen betreft te be?nvloedenis.Ook bleek dat beton een kriti~che pe-riode heeft voor het be?nvloeden van deeigenschappen. De kritische periodeligttussen 7 en 16 uur na het storten. Daar-om is gekozen voor twee tijdsinterval-len.1. trillen van 0 tot 20 uur na storten;2. trillenvan 7 toten met 16 uUrnastor-ten.Bij dit onderzoek worden dus 4 ampli-tuden gecombineerd met twee tijds-intervallen; dat betekent dat er in totaal8 series proeven uitgevoerd moestenworden.Uitvoering van de proevenDeopstellingwaarmee ~et betongetrild(heitrillingen) wordt, is een energie~transmissie-systeem met behulp waar-van elektrische energie, via hydrauli-sche energie omgezet kan worden in(regelbare) mechanische energie. Dezemechanische energie kan worden ge-bruikt voor het belasten, wat hier optrillen neerkomt, van proefstukken.De belastingen kunnen volgens in testellenpatronen (functies) op een proef-stukworden aangebracht. De betreffen-de belastingsopstelling .is uitgevoerdmet een gesloten regelkrmgsysteem.Aan de zuigerstand van de cilinder, dieverticaal opgesteld is, wordt een stalenframe gemonteerd waarop het betongeplaatst kan worden. Het vierkanteframe wordt in het midden aan de zui-gerstang bevestigd en moet de verticalebeweging die de zuiger maakt, volgen.Het frame moet stijfgenoeg zijn, zodathet niet ineigentrilling raakt. Daaromis50 Cement 1987 nr. 4AVV I%Ao !%Ao I05 sec k4 Trillingsvorm1,0 secFj1 tl~\t1r ~I11I11)1?bI5 Pull-out testde gemiddelde sterktewaardengebruiktworden om het getrilde met het onge-trilde beton te vergelijken. Bij de aan-hechtproef is het niet mogelijk om opeen bepaalde aanhechtspanning te ver-gelijken. Het vergelijken van het getrilden ongetrild beton gebeurt daarom opde gemiddelde aanhechtspanning(ge-middelde over 4 waarden) bij een ver-plaatsing van 0,01, 0,1 en 0,25 mm vanhet staal ten opzichte van het beton.Voor ??n proef(bepaalde amplitude ge-combineerd meteen tijdsinterval) moe~ten 3 kubussen voor de druksterkte, 3kubussen voor de treksterkte en ??nproefstuk met vierwapeningsstaven be-last wor.den met heitrillingen. Tevens'moet hetzelfde aantal kubussen en weer??nproefstukmetvierwapeningsstavenworden gemaakt, maar deze mogengeen heitrillingenondergaanen moetendus in rust blijven.Voor de druk- en trekproeven kunnenDe factoren die een rol spelen bij hetaanhechtgedrag van staal aan beton die-nenzo gekozentewordendatbezwijkenoptreedt door het overschrijden van dehechtsterkte en niet door het vloeienvan het staal of het splijten van beton.Het aanhechtgedrag wordt bepaald Resultatendoor dewapeningsstaaf, metbehulp van . De verschillenindruk- resp. treksterkteeen holle vijzel uit het beton te trekken, tussen getrild enongetrild beton zijnterwijl aan de andere zijde de verplaat~ weergegeven in tabell.sing van het staal ten oE,zichte van het De verschillen in niveau van de gemid-beton gemeten wordt (fig. 5). Op deze delde sterkte zeggen opzich niet zoveelmanier wordt een grafiek verkregen over hetverschil tussen getrild enonge-waarbij de hechtspanning is uitgezet trild beton, Oludat geen rekening ge-tegen de verplaatsing. houden is met de spreiding van deProefresultaten vertonen altijd enige proefresultaten. Hetis dus beterom metspreiding; het is daarom niet mogelijk de variantie te rekenen. Het getrilde enomvoor elke proefslechts ??nwaarde te ongetrilde betonworden beschouwd alsbeschouwen. Het is beter om meerdere twee normaal verdeelde populaties metwaarden te bepalen om vervolgens aan onbekende gemiddelden m en mo ende hand van het gemiddelde en destan- onbekende varianties var.d en var.O.daardafwijking een conclusie te trek- Uit beide populaties werden 3 waarne-ken. Daarom werden voor de druk- en mingen genomen.trekproef drie kubussen genomen om Het gemiddelde van de steekrroefmettot een redelijk gemiddelde te komen. getrild beton is dan normaa verdeeldDe spreiding bij hechtproeven is altijd met de parameters ~ en var. Gin. Hetgroter vandaar dat hier gekozen is voor gemiddelde van de ongetrilde steek-een gemiddelde van vier waarden. proefis ook normaal verdeeld en heeftde parameters.x;, en var. aln. Het ver-schil tussen de sterkte van getrild en on-getrildbetonheeftdaneennormalever-deling met de parameters X. ~ ~ -x;,en var. Z - (var. G + var. 0)/n. De be-trouwbaarheidsindex(3 wordt als volgtgedefinieerd:(3 ~ X/ ..; var.ZMet behulp van een kanstabel voor denormale verdeling is het nu mogelijkom de kans Pte bepalen dat de 'getrilde'sterkte groter is dan de 'ongetrilde'sterkte: P((3 > 0).- hechtlengte van staal aan beton;- vloeigrens van het staal;- de aard van het staaloppervlak: glad ofgeprofileerd;- betonkwaliteithet frame opgebouwd uit V140 profie-len en een stalen plaat, voor de bevesti-ging aan .de zuigerstang (fig. 3).Degewenste bewegingdie de zuigervande cilinder maakt, wordt met een func-tiegenerator in de regelkring gebracht.De trilling, die de zuiger en dus hetframe maakt, moet van tevoren wordeningevoerd in de functiegenerator. Erwordt 21~ trilling gemaakt, waarvan deverplaatsingsamplitude lineair in de tijdafneemt. Gezienhet feitdatde eigenfre-quentie van de grond in West-Neder-land (slappe grond) ongeveer 5 Hertz enhetaantal heiklappen per minuutonge-veer 40 bedraagt, is gekozen voor eentrillingsvorm die is weergegeven infiguur 4.Vergelijking eigenschappenDoel van het onderzoek is vast te stellenof heitrillingen invloed hebben op deverharding van beton. Dit kan wordenvastgesteld door getrild enongetrild be~ton opeen aantal eigenschappen te ver-gelijken. De eigenschappen waarop ver-geleken wordt, zijn druksterkte, trek-sterkte en het aanhechtgedrag vanwapeningsstaal.Het bepalenvande druk- en treksterktegebeurt volgens gestandaardiseerdeproeven die in de VB 1974/1984 deel Azijn beschreven. De proefstukken Waar-op deze proeven worden uitgevoerd,zijn kubussen met ribben van 150 mmoVoor het bepalen van het aanhechtge-drag van het wapeningsstaal aan hetbeton zijn geen gestandaardiseerdeproeven voorhanden. De proefstukkenvoor de hechtproef dienen zo gemaaktte worden dat ook inderdaad het aan-hechtgedrag van beton en staalbeschouwd kan worden. De sterkte bijbezwijken, de hechtsterkte, hangt afvaneen aantal fa,ctoren:- betondekking;- staafdiameter;Cement 1987 nr. 4 51____- I~F_U_ND_E_RI-N-_G_EN----_I-O-ND--E_RZ__O_E-K ----"-"Tabel 1Sterkteverschillen tussen getrild (6) en ongetrild(O) beton (waarden in N/mm2)0-20 uurdruksterktetreden,voor de andere 7 proevenwerdeen sterkteafname geconstateerd. Bijde treksterkteverschillen is geen ver-schil te constateren tussen het trillenvan 0-20 uur en het trillen van 7-16uur. Dit blijkt uit het feit dat de som-men van de sterkteverschillen vrijwelgelijk zijn, namelijk -0,43 en -0,44N/mm2?- De resultaten van de hechtsterkte-proeven zijn zeer wisselend, er is geenechte 'trend' waar te nemen.31,7829,4331,3931,10Gsterkte7-16 uur1,402,173,652,34sterkte-verschilG-OG29,5929,8527,1426,261,770,33-0,200,12sterkte- sterkteverschilG-Oamplitude1,00mm0,75 rum0,50mm0,25mm0-20 uur 7-16 uuramplitude sterkte- sterkte sterkte~ sterkteverschil verschilG-O G G-O G1,00mm -0,08 2,45 -0,09 2,230,75mm -0,29 2,21 -0,20 2,270,50mm -0,11 2,21 -0,06 2,130,25mm +0,05 1,99 -0,09 2,27L~ -0,43 L~ -0,44L~2,02treksterkteL-9,56 ConclusieOndanks de beperkingendie dit onder-zoekkent, kanaande handvandeproef-resultaten geconcludeerd worden datinbeton, voor wat de druk- en treksterkteen het aanhechtgedrag tussen betonenstaal betreft, geen significante verslech-tering optreedt als het beton aan trillin-gen wordt blootgesteld. Er is dus geengegronde reden om in de nabijheid vaneen in aanbouw zijnd bouwwerk geenheiwerkzaamheden te verrichten als erbeton wordt gestort ofals er vers betonligt datjonger is dan 24 uur.0-20 uur 7-16 uur0-20 uur 7-16 uur~-waarderesultaten trekproevenp-waarde resultaten drukproevenLiteratuur1. D.D. Barkan, Dynamics ofbases andfoundations; New Vork, McGraw-Hill,19822. Geprefabriceerde betonnen heipalen,BFBN-brochure 3: Op de bouwplaats;Woerden, Vereniging van Fabrikantenvan geprefabriceerde betonnen hei~palen: PREPAL, 19803. HJWierig, Eigenschaften von 'gr?-nem,jungem' Beton; Beton 1968, nr. 3, p.94-1014. D. Gesserich, Der Einfluss dynami-scher Beanspruchung w?hrend des Ab-bindeprozesses auf die Drukfestigkeitvon Beton, Schweizerische Bauzeitung 96(1978) nr. 32, p. 594-5985. J. van Soest, Elementaire statistiek,Delftse Uitgevers Maatschappij, zesdedruk, 19816. H. van Zandbergen, De invloed vanheitrillingen op de verharding van be-ton; Afstudeerverslagaan de TechnischeUniversiteit Delft, augustus 1985P P(G> 0) P P(G>O)- 0,67 0,25 -1,29 0,10-12,46 0,0 -1,46 0,?7-' 1,25 0,11 -1,50 0,07+ 0,83 0,81 -0,75 0,23P P(G> 0) P P(G>O)1,79 0,96 1,79 0,960,30 0,62 0,89 0,81- 0,10 0,46 2,77 0,991,12 0,87 2,05 0,80amplitudeTabel 2j3?waarden met bijbehorende kansen dat de druk- resp. treksterkte van getrildbeton hoger is dan van ongetrild beton.1,00mm0,75 mm0,50mm0,25mmamplitude1,00mm0,75mm0,50mm0,25mmBij een grote13-waarde is er grote kansdat het getrilde beton sterker is dan hetongetrildebeton.Bij eengrote negatievewaarde van 13 is de kans dat het getrildebeton een grotere sterkte heeftjuist ergklein. In tabel 2 zijn de 13-waardenweergegeven met de bijbehorende kan~sendatgetrild betonsterkeris danonge-trild beton.Voor de hechtproeven wordt hetgetril-de met het ongetrilde beton vergelekenop de verhouding tussen de hechtspan-mng en druksterkte. De resultaten zijnvermeld in tabel 3.Interpretatie van de resultaten- In tabel 1 is te zien dat de druksterktevoor 7 van de 8 proeven toeneemt. Inslechts ??n geval was er een afnamevan de druksterkte te constateren. Detoename van de druksterkte op hetinterval 7-16 uur is groter dan op hetinterval 0-20 uur; dit volgt uit de somvan de druksterkteverschillen. Ditduidt er op dat het beton inderdaadeen kritische periode heeft waarin hette be?nvloeden is.- Voor de treksterkten blijkt slechts in??n geval een toename in sterkte op te52 Cement 1987 nr. 4Het terrazzoboek, Bedrijfschap STS,'s-Gravenhage 1986; 124 blz., 230 x 320mm,; 69,75Tabel 3 verhouding hechtspanningldruksterkteVerhouding hechtsterkte/druksterktevoor getrild (G) en ongetrild (0) beton. ?~ 0,01 mm 0-20 uur 7-16 uuramplitude G 0 G 01,00mm 0,21 0,31 0,16 0,180,75mm 0,16 0,24 0,23 0,200,50mm 0,20 0,19 0,20 0,200,25 mm 0,18 0,19 0,15 0,18?~0,10mm 0-20 uur 7-16 uuramplitude G 0 G 01,00mm 0,45 0,49 0,29 0,290,75mm 0,34 0,30 0,40 0,360,50mm 0,39 0,35 0,36 0,380,25mm 0,32 0,36 0,30 0,33?- 0,25 mm 0-20 uur 7-16 uuramplitude G 0 G 01,00mm 0,55 0,59 0,39 0,400,75mm 0,45 0,43 0,51 0,480,50mm 0,53 0,50 0,47 0,500,25mm 0,44 0,47 0,44 0,47BOE~B::BSP::R,::B~INGHetterrazzoboe Over het terrazzo-vakgebied is tot nutoe nietveel teboek gesteld. In 1961 ver-scheen het boek 'Terrazzo en sierbeton'van GL. van der Berg. Nadien blevenpublikaties beperkt tot artikelen in vak-tijdschriften. Op initiatief van de Ver-eniging Terazzo- en VloerenbedrijvenVTV heeft het Bedrijfschap Stuka-doors-, Terrazzo- en Steengaasstellers-bedrijf vorig jaar 'Het Terrazzoboek'uitgegeven. Hierin zijn.de oorsprong, dewerkmethoden, grondstoffen en vooraltoepassingsmogelijkheden van terrazzobeschreven. Het boek is samengestelddoor Olivo Andrean en Pim Metman,met medewerking van vele deskundi-gen uit de branche. Hetgeefteenduide-lijk beeld van de ontwikkeling van ter-razzowerk, vanafhet eeuwenoude mo-za?ek tot het moderne sierbeton. De op-komst van betonnen vloeren sinds heteind van de vorige eeuw heeft de tech-niek van het terra:zzowerk uiteraardsterk be?nvloed, maar nog steeds is heteen ambacht: De nodige handvaardig-heid en kennis van materiaalsamenstel-lingen verkrijgt men vooral in de prak-tijk. Voorarchitecten en opdrachtgeversgeeft het boek een nuttig inzicht in dewerkmethoden en de rol van bindmid-delen, toeslagmaterialenenhulpstoffen.De zeer vele kleurenfoto's maken dui-delijk welke mogelijkheden terrazzo-werk ook inhetmoderne bouwenheeft,van functionele dekvloeren tot kunst-zinnige wandversieringen.Redactie .Cement 1987 nr. 4 53