C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelbeton48 cement 2007 3F/2 F/2200 200 20050 600 5015015010fct (N/mm2)I,ctd,eqctfsysII,ctk,eqII,ctd,eq f/ff =II,ctd,eqfI,ctd,eqfctfsysI,ctk,eqI,ctd,eq /ff =fctzsxdMEdNEdspanningensnedegrootteFsFfFczfAs??A c t u e l e s t a n d d e r v o o r -s c h r i f t e n i n D u i t s l a n dDe berekening van bouwdelen uitstaalvezelbeton is in Duitslandniet in de norm geregeld. Voorbouwdelen zonder een vrijdra-gende functie, zoals elastischondersteunde bedrijfsvloeren,heeft de DBV (Deutsche Beton-und Bautechnikverein) aanbeve-lingen opgesteld [1, 2]. Aan dehand daarvan kan de draagkrachtvan een bouwdeel van staalvezel-beton in gescheurde toestandworden berekend.Op dit moment wordt door deDAfStb (Deutsche Ausschuss f?rStahlbeton) de richtlijn `Stahlfaser-beton' opgesteld [3]. De definitievevaststelling staat voor 2007 gepland.Deze richtlijn moet door bouwtoe-zicht worden ingevoerd en vervol-gens als een Duitse norm in zijnalgemeenheid voor de berekeningvan dragende bouwdelen van staal-vezelbeton worden toegepast.Zolang bouwtoezicht de richtlijnnog niet heeft geaccepteerd, zijnvoor bouwdelen die bij bezwijkeneen gevaar voor de veiligheidkunnen vormen, eenmalige toe-stemmingen (voor elk projectopnieuw) of algemene vergunnin-gen (eenmaal voor een bouwwijze)vereist. Op deze manier wordenmomenteel constructies zoals fun-deringsplaten, wanden, voorgespan-nen balken en tunnelelementenvervaardigd. Een uitbreiding naarvloeren [13] is in de maak.Op dit moment wordt zowel innationaal als internationaalverband intensief overlegd over deverschillende keuringseisen voorstaalvezelbeton. Daarbij staan ver-schillende proefstukgeometrie?nter discussie, zoals onder meer inEN 14651 [4] en SIA 162/6 [5] zijnomschreven. In Duitsland isechter nog geen verandering tenopzichte van het in figuur 1getoonde proefstuk voorzien.Ten behoeve van materiaalonder-zoek worden balken met een door-snede van 150 x 150 mm2in eenvierpuntsbuigproef met 600 mmoverspanning beproefd. De balkenworden met de stortzijde aan dezijkant opgesteld en zijn niet voor-zien van een inkeping, zoals EN14651 (RILEM) voorschrijft.De verwerking van de proefstukkenkan worden uitgevoerd volgens hetDBV-Merkblatt [1] met integratievan het last-vervormingsdiagram,ofwel volgens de DAfStb-Richtlinie[3] aan de hand van de restkrachtenbij een bijbehorende balkdoorbui-ging van 0,5 mm in gebruikstoe-stand dan wel 3,5 mm in bezwijk-toestand (fig. 2). De ligging van descheur is toevallig; desondanks konworden aangetoond dat de scheur-opening bij de gegeven geometrieongeveer gelijk is aan de doorbui-ging [15].B e l a s t i n g s p r o e v e n o pb o u w d e l e n v a ns t a a l v e z e l b e t o nFunderingsplaten van staalvezelbe-ton en gewapend betonEengezinswoningen en apparte-mentengebouwen worden in toe-Ontwikkeling en toepassing vrijdragende staalvezelbetonvloerenDe toekomst is al realiteitprof.dr.-ing. Ulrich Gossla, Fachhochschule Aachen, FachbereichBauingenieurwesenIn de afgelopen decennia is het aandeel staalvezelbeton in bedrijfsvloerenaanzienlijk toegenomen. De toepassingen waren door praktische randvoor-waarden echter lange tijd beperkt tot een maximaal verwerkbaar staalvezel-gehalte van circa 40 tot 60 kg/m?. Zwaarder belaste vloeren alsook vloerenmet scheurwijdtebeperking vereisen dikwijls wapeningspercentages die metde genoemde staalvezeldoseringen zonder toegevoegde betonstaalwapeningniet haalbaar zijn. Met de ontwikkeling van hoogvloeibare, eenvoudig te ver-dichten betonspecies kunnen vezelgehaltes boven de voormalige maximalewaarden worden verwerkt en aangebracht. Dit opent voor staalvezelbetoneen breder toepassingsgebied. Naast plaatfunderingen voor woongebouwenen elastisch ondersteunde bedrijfsvloeren, zijn nu ook op palen gefundeerdevloeren en vrijdragende vloeren mogelijk.1 |Buigproef volgens deDAfStb-richtlijn`Stahlfaserbeton' [3]2 |Spannings-reklijn enspanningsverdeling vol-gens DBV-Merkblatt [1]C o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelb etoncement 2007 3 4901002003004005006000 20 40 60 80 100 120belasting(kN)vervorming onder last (mm)gewapend betonstaalvezelbetonstaalvezelbeton01002003004005006000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10belasting(kN)scheurwijdte (mm)gewapend betonnemende mate op plaatfunderin-gen in plaats vanstrokenfunderingen gebouwd. Deuitvoering als staalvezelbetonplaatleidt tot bijzonder economischeoplossingen wanneer in degebruiksfase geen speciale eisenworden gesteld aan waterdicht-heid of scheurwijdtebeperking.Aan de Fachhochschule Aachenzijn vergelijkende experimentelebelastingsproeven op vloerplatenvan ongewapend, gewapend enstaalvezelbeton uitgevoerd. Foto 3geeft de proefopstelling voor debelasting van een funderings-strook weer. Hier wordt de belas-ting door een binnenwand op eenplaatfundering nagebootst.Het draagvermogen en gedrag inde gebruiksfase van de beide fun-deringsstroken van respectievelijkstaalvezelbeton en gewapendbeton was nagenoeg identiek(fig. 4). De proefresultatenkwamen voor een beperkt draag-krachtige vloer goed overeen metde algemene eisen van bouwtoe-zicht [6, 7] voor staalvezelbeton [8].Bedrijfsvloeren op palenVrijdragende, op palen gefun-deerde vloeren van staalvezelbetonworden als bedrijfsvloeren ingebieden met slechte ondergrondal sinds vele jaren met succes toe-gepast. De vervaardiging van deplaten verloopt op gelijke wijze alsbij een elastisch ondersteundevloer, door direct op de onder-grond te betonneren. In degebruikstoestand echter neemt depaalfundering het grootste deelvan de verticale belasting op engedraagt de plaat zich als eenvlakke plaatvloer.Omdat het toepassen van uitslui-tend met staalvezels gewapendevloerplaten bij de destijds op prak-tische gronden beperkte vezelge-haltes tot maximaal 40 kg/m3vanwege slankheid en kolommen-raster sterk beperkt was, werdintensief gezocht naar oplossin-gen in combinatie met wapeningen voorspanning.Foto 5 toont een in 1998 in Gro-ningen uitgevoerd pilotproject4 |Last-vervormingsdia-gram (binnenwand:ks = 12,5 MN/m3) alsmedescheurwijdteontwikke-ling3 |Belastingsproef op fun-deringsstroken uit staal-vezelbeton5 |Kolomkopwapening vanop palen gefundeerdevloerplaat uit staalvezel-beton voor betonstort inGroningenC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelbeton50 cement 2007 301002003004005000 50 100 150 200 250doorbuiging in veldmidden (mm)puntlastinveldmidden(kN)middenveldrandveldhoekveldvan een vrijdragende bedrijfs-vloer van staalvezelbeton met eenpaalstramien van 4,0 m metboven- en onderwapening in de`kolom'stroken. Tot op de dag vanvandaag zijn volgens deze syste-matiek door de firma Bekaertenkele 100 000 m2bedrijfsvloerop palen wereldwijd ontworpenen uitgevoerd. Bij de vloerenbetreft het in de gebruiksfase vrij-dragende platen [9]. Dit systeemconcurreert met de traditioneleop palen gefundeerde vloeren vanstaalvezelbeton zonder toege-voegde wapening of met eenplaatselijke bovenwapeningboven de palen.Proefbelastingen op vloeren vanstaalvezelbetonOp het fabrieksterrein vanARCELOR in Bissen (Luxemburg)werd onder praktijkomstandighe-den een proefvloer vervaardigd; deafmetingen bedroegen 18,3 x18,3 m2met een dikte van 0,20 m.De plaat was als vlakke plaatvloerop zestien kolommen opgelegd.Deze geometrie komt overeen meteen in hoogbouw gebruikelijkkolommenstramien (h.o.h. 6,0 m)en vloerdikte. Met een slankheidvan 30 (gemeten naar de brutohoogte in dwarsdoorsnede) kan deproefplaat in Bissen ambitieusworden genoemd. Bij praktischetoepassingen zal er met het oogop de ontwikkeling van bijko-mende doorbuigingen rekeningmoeten worden gehouden met deniet-dragende wanden.Voor de nabootsing van de ont-werpbelastingen en de mobielebelasting werden 120 containersvan 1 m3op de vloerplaat neerge-zet en met water gevuld (foto 6). Intotaal werden vier verschillendebelastingscombinaties gesimu-leerd: middenveld, randveld, stro-kenbelasting en schaakbordbelas-ting. Deze belastingsgevallenresulteerden voor de individuelevelden in belastingen die tot maxi-male veldmomenten leiden.Aansluitend werden voor ??nbelastingsgeval pogingen tot breukuitgevoerd op drie velden metpuntlasten in het veldmidden. Ditwerd gedaan op een middenveld,randveld en een hoekveld (foto 7).In het middenveld werd de eerstescheurvorming aan de onderzijdevan de plaat waargenomen bijP = 150 kN met bijbehorendescheurwijdten van w = 0,20 mm.Aansluitend werd de belasting ver-hoogd tot P = 462 kN. Deze punt-last komt overeen met een fictievegelijkmatig verdeelde nuttige belas-ting van qu = 24,5 kN/m2. Depoging werd bij een doorbuigingvan 60 mm voortijdig be?indigd,om te voorkomen dat naastgelegenvelden voorafgaand aan nog uit tevoeren proeven te veel zoudenworden beschadigd. Bij het afbre-ken van de proef bedroegen demaximale scheurwijdten aan deonderzijde van de plaat van hetmiddenveld w = 4 mm.De breuklasten van de rand- en bin-nenvelden werden op dezelfdewijze bepaald. Ook hier werdenbreukbelastingen met een bijbeho-rende doorbuiging van ongeveer 50mm bereikt. Verdere verhoging vande opgelegde vervorming voerdeslechts nog tot zeer beperkte dalingvan belasting.Ponsproeven op een vloer vanstaalvezelbetonNa be?indiging van de proevenbetreffende het buigdraagvermogenwerden op de reeds vooraf bescha-digde platen ponsproeven terplaatse van een binnenkolom eneen randkolom uitgevoerd.Ondanks verzwakking van dedwarsdoorsnede als gevolg van hetnemen van boorkernen in de omge-ving van de kolommen tot circa50% van het totaal, kon bij eenbelasting van 600 kN plus eigenge-wicht geen pons van de middenko-lom worden gehaald.Een overeenkomstige ponspogingin een randveld met slechts tweezijdelings aangebrachte extra lasten,voerde bij een doorsnedeverzwak-king van circa 30% tot de rechts infoto 8 afgebeelde ponsbezwijken.De hoge opgebrachte dwarskrach-ten aangebracht bij gelijktijdigedwarsdoorsnedeverzwakking bewij-zen dat in de regel pons bij slechtsmet staalvezel gewapende vloerpla-ten door het begrensde buigdraag-vermogen in het bereik van kolom-men niet maatgevend wordt.C o n s t r u c t i e v e a a n b e v e -l i n g e n e n v o o r b e e l d e nv a n t o e p a s s i n gMet deze beproevingen op waregrootte kon worden aangetoonddat door herverdeling van krach-ten in het systeem meervoudigescheurvorming mogelijk wordt,indien geen noemenswaardige bij-komende externe opgelegde ver-vormingen aanwezig zijn. Opge-6 |Belastingsproef met120 watercontainers van1 m37 |Belastingsproef op eenhoekveld en last-vervor-mingsdiagramabC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelb etoncement 2007 3 51legde vervormingen moeten zoveel mogelijk worden beperkt.De slankheid van de vloer moet zoworden gekozen, dat ondergebruiksbelasting volgens lineair-elastische berekening de trekspan-ningen aan de onderzijde van deplaat worden begrensd. Bij eenovereenkomstige spanningslimietin het veld vervormt de staalvezel-betonplaat in gebruiksstadium alseen overeenkomstige gewapend-betonplaat. Omdat de eerstescheurvorming boven de kolom bijde vloer van staalvezelbetonminder gecontroleerd plaatsheeftin vergelijking tot een zwaar gewa-pende betonplaat, moet de door-buigingsberekening met een over-eenkomstig gereduceerde stijfheidworden uitgevoerd.Dergelijke vloeren worden TAB-slab genoemd, waarbij TAB staatvoor de oude bedrijfsnaam vanARCELOR: TrefilArbed Bissen [10].Een eerste pilotproject in Groot-Brittanni? werd begin 2005 suc-cesvol uitgevoerd (foto 9) [12].Aansluitend daaraan werden meerprojecten in verschillende landenin Europa uitgevoerd.Vloeren van staalvezelbeton in degangbare hoogbouw, die als bouw-deel in binnenmilieu in milieu-klasse XC1 kunnen worden inge-deeld, kunnen vanwege hunduurzaamheid zonder probleemworden toegepast. Bij anderemilieuklassen moet rekeningworden gehouden met een grotererandzone waaraan geen draag-kracht mag worden ontleend.Momenteel worden onderzoekenuitgevoerd voor de toepassing vandergelijke vloeren van staalvezel-beton in parkeergarages. Naast dehier beschreven onderzoeken naardraagcapaciteit en gebruikszeker-heid, zijn hiervoor bovendien ver-dergaande voorzieningen noodza-kelijk met betrekking tot hetgaranderen van voldoende duur-zaamheid. Vrij recent werd eeneenmalige toestemming verleendvoor een eerste project in Duits-land (foto 10) [13]. Zoveel mogelijkzal worden afgezien van eenoppervlaktebeschermingssysteem.S a m e n v a t t i n g e nv o o r u i t b l i kGemakkelijk te verdichten meng-sels van staalvezelbeton met hogevezelgehaltes in de orde vangrootte van 100 kg/m3kunneninmiddels onder praktijkomstan-digheden worden vervaardigd, inde truckmixer getransporteerd enmet betonpompen verwerkt.Daarmee openbaren zich nieuwetoepassingen voor de in debedrijfsvloerenbouw bewezenstaalvezelbetontechnologie.Bij toepassing van deze nieuwemengsels van staalvezelbetonwerd een grote proef aan een rela-tief slanke vloerplaat met 3 x 3velden uitgevoerd. Daarbij ginghet om voor een plaatvloer gebrui-kelijke overspanning en slank-heid, zoals een in hoogbouw toe-gepaste gewapend-betonvloer.Onder de gebruiksbelasting enin de uiterste grenstoestandgedroeg de vloer van staalvezel-beton zich als een conventioneelvervaardigde gewapend-beton-vloer.Hoge vezelgehalten in doorsnedesbieden een grotere mate vanzekerheid, als vezels daadwerke-lijk op elke plaats werkzaam aan-wezig zijn. Desondanks is hetraadzaam bij kritische kolomaan-sluitingen een bijkomende hoe-veelheid wapening aan te brengenom een voortschrijdend bezwijkente verhinderen. De uitgevoerdeponsproeven duiden op een tenopzichte van bestaande rekenre-gels hogere ponscapaciteit van devloeren. Om deze reserves effec-tief te kunnen benutten, zijnechter verdergaande systematischeonderzoeken noodzakelijk. n8 |Ponsproef binnenveld enrandveldC o n s t r u c t i e & u i t v o e r i n gVezelbeton52 cement 2007 3L i t e r a t u u r1. DBV-Merkblatt Stahlfaserbe-ton. Deutscher Beton- undBautechnik-Verein E.V.,oktober 2001.2. DBV-Merkblatt Industrieb?denaus Beton f?r Frei- und Hal-lenfl?chen. Deutscher Beton-und Bautechnik-Verein E.V.,2004.3. DAfStb-Richtlinie Stahlfaser-beton, 23. Entwurf. DeutscherAusschuss f?r Stahlbeton,december 2005.4. DIN EN 14651: Pr?fverfahrenf?r Beton mit metallischenFasern ? Bestimmung der Bie-gezugfestigkeit. September2005.5. SIA Empfehlung 162/6 `Stahl-faserbeton' (Schweizer Norm562 162/6). SchweizerischerIngenieur- und Architekten-verein, Ausgabe 1999.6. Allgemeine BauaufsichtlicheZulassung `Fundamentplattenaus Stahlfaserbeton f?r denWohnungsbau der Fa.Bekaert', Nr. Z-71.3-18. Deuts-ches Institut f?r Bautechnik,eerste uitgave 21-02-2000.7. Allgemeine BauaufsichtlicheZulassung `TREFILARBEDFundamentplatte aus Stahlfa-serbeton', Nr. Z-71.3-25. Deut-sches Institut f?r Bautechnik,eerste uitgave 24-06-2005.8. Gossla, U., M. Stormberg,Fundamentplatten aus Stahl-beton und Stahlfaserbeton.Beton- und Stahlbetonbau 2006nr. 9.9. Gossla, U., H. Falkner, Pfahl-gest?tzte Bodenplatten ?Bemessungsvorschl?ge. For-schungsbericht der TUBraunschweig, 1997.10. Destr?e, X., Structural applica-tion of steel fibre as only rein-forcing in free suspended ele-vated slabs: conditions-design-examples. 6th RILEM Sympo-sium BEFIB2004, Varenna,Italy, september 2004.11. Gossla, U., R. Pepin, Deckenaus selbstverdichtendemStahlfaserbeton. Braunschwei-ger Bauseminar 2004.12. Gossla, U., Structural Safetyand Long-Term Behaviour ofTAB Slabs. Floor Slab, 17Springfield Road, Walmley,Sutton Coldfield, UK, mei2005 (niet gepubliceerd).13. Gossla, U., Stellungnahme f?rdie Zustimmung im Einzelfallf?r ein Parkdeck aus Stahlfa-serbeton ? System TAB-Slab.Augustus 2006 (niet gepubli-ceerd).14. Gossla, U., Flachdecken ausStahlfaserbeton. Beton- undStahlbetonbau 2006 nr. 2.15. Gossla, U., Tragverhalten undSicherheit betonstahlbewehr-ter Stahlfaserbetonbauteile.Heft 501 des Deutschen Aus-schusses f?r Stahlbeton, ISBN3-410-65701-0, 2000.10 | TAB-Slab-ontwerp vooreen parkeerdek inDortmund, 20079 |Stort van de eerste TAB-Slab in Engeland, 2005