ir.K. van Breugelvakgroep Betonconstructies, TH-Delft Ontwerp, uitvoering enonderhoud van betonnenopslagconstructiesInternational Symposium on Concrete StorageStructures, Newcastle upon Tyne (UK), 3-4december 1984Op maandag 3 en dinsdag 4 december1984 werd in Newcastle upon Tyne (UK)een tweedaags symposium gehouden overontwerp, constructie en onderhoud vanbetonnen opslagconstructies. Ongeveerhonderd deelnemers uit elf verschillendelanden bezochten dit door de ConcreteSociety georganiseerde symposium in hetGosforthpark Hotel. Van de negentiengeaccepteerde symposiumbijdragenwaren er veertien afkomstig uit hetorganiserende land, twee uit Duitsland,twee uit Nederland en ??n uit de USA.Doel van het symposium was het opmakenvan een state-of-the-art ten aanzien vanontwerp, constructie en onderhoud vanreservoirs en silo's voor de opslag vanzeer uiteenlopende produkten. In vierzittingen zijn de volgende onderwerpenbehandeld:- materialen en ontwerp,- constructies anders dan silo's,- uitstroomgedrag van opgeslagenprodukten,- silo's.Dit artikel is te beschouwen als eenimpressie van hetgeen in de diversezittingen naar voren is gebracht.Cement XXXVII(1985) nr. 3Materialen en materiaalgedragDat beton zo vaak het meest geschikte mate-riaal blijkt te zijn voor het bouwen van op-slagconstructies heeft het voornamelijk tedanken aan zijn flexibiliteit. Flexibiliteit in diezin, dat voor een zeer breed scala van rand-voorwaarden een beton soort en een con-structievorm denkbaarzijn, die aan die rand-voorwaarden voldoen. Constructieafmetin-gen zijn technisch vrijwel onbeperkt, terwijlmet een gerichte keuze vancementtype. toe-slaqstof, hulpstoffen, wapening en/of voor-spanning de vereiste kwaliteit en duurzaam-heid van de opslagconstructie kan wordenverzekerd.Het was Pomeroy (UK) die aandacht vroegvoor de specifieke mogelijkheden van hetmateriaal beton. Achtereenvolgens passeer-den normaal beton, lichtbeton, vezelver-sterkt beton, ferrocement, silica fume enpolymerenbeton de revue. In veel gevallenzal met een normaal beton - in Nederlanddus met grindbeton - aan de gestelde eisenkunnen worden voldaan. Specifieke eisenkunnen leiden tot toepassen van een speci-fieke, meestal duurdere betonsoort. In gevalvan opslag van bijvoorbeeld agressievevloeistoffen zou gebruik van silica fume tergedeeltelijke vervanging van cement eentechnisch goede oplossing bieden. Echter,de beperkte beschikbaarheid - een produk-tie van 500.103ton silica fume per jaar tenopzichte van 800.106 ton cement per jaar -en de als gevolg daarvan hoge kosten bete-kenen een duidelijke rem op de toepassinghiervan.Bamforth (UK) ging in op de specifieke mo-gelijkheden en voordelen van lichtbeton voorconstructies voor opslag van cryogene stof-fen. Bij temperaturen ver beneden nul gradenCelcius nemen breukrek en treksterkte vanlichtbeton aanzienlijk toe. Meer dan van nor-maal beton. Deze toename is relatief gezienveel groter dan de toename van de elastici-teitsmodulus van het beton. Per saldo is hetvermogen van lichtbeton om temperatuurbe-lastingen ongescheurd te verwerken veelgroter dan van normaal beton. Daarbij komtnog, dat de permeabiliteit van lichtbetontwee orde's van grootte kleiner is dan dievan normaal beton, wat eveneens als eenvoordeel kan worden aangemerkt.Polymeerbeton vertoont een gunstig gedrag151onder temperatuurwisselbelasting en wis-selbelasting in het algemeen. Dit vanwegezijn relatief grote breukrek. Hoge kosten vanpolymeerbeton staan een brede toepassingervan in de weg.Ferrocement vindt toepassing voor kleine re-servoirs van 20 tot 600 m3? In Rusland zourelatief veel ferrocement worden toegepast.In toenemende mate wordt ferrocement ge-bruikt in ontwikkelingslanden bij kleinschali-ge drinkwaterprojecten.Vezelversterkt beton komt in aanmerkingvanwege de hoge sterkte en grote impact-weerstand. Het wordt wel toegepast als af-deklaag voor betonelementen die een kernhebben van minder hoogwaardig beton. Metdergelijke sandwich constructies blijkeneconomische oplossingen mogelijk voorconstructies voor koel- en vrieshuizen.Sullivan berichtte over de opzet van eengrootschalig onderzoek naar de interactietussen betonen warme olie. Deze interactiespeelt een rol bij onder andere olieproduktie-platforms. Olie van ca. 100?C wordt opge-pompt, vervolgens gekoeld tot ca. 50?C endaarna opgeslagen in betonnen cilindervor-mige reservoirs. Aanleiding voor het onder-zoek vormden vooral de nogal tegenstrijdigeuitkomsten van in het verleden uitgevoerdeonderzoekingen. Volgens sommige onder-zoekers zou door de inwerking van olie eenafname van de sterkte plaatsvinden. Iets watdoor voorlopige onderzoekresultaten vanSullivan overigens niet kon worden beves-tigd. Er zijn echter meer zaken die bij de op-slag van warme olie om naderonderzoek vra-gen. Genoemd worden de temperatuurwis-selbelasting en eventuele fysische en chernl-sche aantasting. Ook is het van belang omte onderzoeken of het verantwoord isom deopslagtemperatuur van de olie te verhogenvan ? 50?C naar 70 ? 80?C. Dit zou een aan-zienlijke besparing op de koelkosten van deolie kunnen opleveren.Aantasting van beton door zuren komt voorbij onder andere de opslag van kuilvoeder.Over de opslag van ingekuild veevoeder alsgras en mals in zogenaamde sleufsilo's werdgerapporteerd door Johnston (UK). Een rui-me dekking en toepassing van tenminste350 kg portlandcement per kubieke meterbeton bleken de voordeligstemaatregelen te1Scheurtypen volgens Turtonatterhardeningcorros?en ot reinforcement?alkali-aggregate reactionscement carbonatientypesofcracksfreeze thawthermal externalseasonal temperature variationsexternal restraintlearly thermal contractio" temperaturegradientsacc?dentaL overlaadstructural creepdesign loadsearly frostbefore plastic .F'" shrinkagehardemng plasticconstrudiooal-C formwork movementmovement sub- grade movementprecondittons tor selfhealinguitvoering bestede zorg is die in hoge matebepalend is voor de kwaliteit, in casu de wa-terdichtheid van het betonwerk.201510l-" not ro be ex, ected2Kritischescheurwijdte met het oog opmogelijke self-healing in relatie tot dehld-verhouding van het reservoir? further hydration shall be possible? cracks !? penetrating water shall not be agressive? penetration velocity shall nat be too highPlum (UK) rapporteerde over de bouw vanreservoirs in de vorm van een sandwich con-structie. Figuur 3 geeft een detail van dit re-servoirtype. De wand bestaat uit een gepro-fileerde stalen plaat gelast op een in de bo-dem gestort I-profiel, aan de binnenzijdevoorzien van een bekleding van gewapendspuitbeton. Om een goede samenwerkingtussen het stalen profiel en de betonwand teverzekeren, zijn op het stalen profielschuifnokken gelast. Als voordeel van dittanktype werd de snelle bouwtijd genoemd0,15-0,250,050,100,20Zowel Ray als Van Breugel wezen er nog op,dat het naast alle constructieve en ontwerp-technische factoren toch vooral de aan deafwezigheid van voorschriften zal de klantzowel de specificaties als de instructies be-treffende het installeren strikt moeten opvol-gen wil er van een succesvolle toepassingsprake kunnen zijn.Johnston merkte nog op dat het zijn ervaringwas dat in kuilvoedersilo's toegepaste voeg-afdichtingsmaterialen het vroeg of laat altijdlieten afweten. Hij pleitte dan ook voor degrootst mogelijke beperking van het aantalvoegen!Ontwerp van reservoirsVorm, afmetingen en constructiewijze vaneen reservoir zijn sterk afhankelijk van hetbelasting- en eisenpakket. Ray (UK)wees er-op, dat het eisenpakket zodanig kan zijn envaak ook zo is, dat de bouwkosten van hetreservoir z?lf op de tweede plaats komen.Door locale omstandigheden, bijvoorbeeldbestaande bebouwing, kunnen vorm en af-metingen van een reservoir sterk afwijkenvan de meest voordelige oplossing. Als be-heerder van een groot aantal reservoirsmeldde Ray, evenals Johnston, een grootaantal problemen met dilatatievoegen, vaakresulterend in lekkage. Die ervaring zou er-voor pleiten om reservoirs voegloos uit tevoeren. Scheurvorming zou daarbij toelaat-baar zijn, mits de scheurwijdte een bepaaldekritische waarde niet overschrijdt. In dit ver-band refereerde Van Breugel (NL) in zijn bij-drage aan een recente publikatie van Loh-meyer, waarin deze een op de praktijk geba-seerde relatie geeft tussen een kritischescheurwijdte enerzijds en de verhouding tus-sen scheurdiepte en waterhoogte anderzijds(fig. 2). Scheuren met eenscheurwijdte be-neden de kritische scheurwijdte zouden door'self healing' dichttrekken. In scheuren wij-der dan 0,2 mm zou self healing niet meervoor dichten van de scheuren kunnen zor-gen. Nadrukkelijk moet erop worden gewe-zen, dat self healing alleen optreedt als erinde scheur nog ongehydrateerd cement aan-wezig is, het water niet agressief is en descheuren stabiel zijn. In zettingsscheuren enscheuren ten gevolge van temperatuurwis-selbelasting mag niet op self healing wordengerekend.zijn om een constructie te krijgen met vol-doende weerstand tegen de vrijkomende zu-ren.Behalve aan het materiaal beton is ook aan-dacht besteed aan voegafdichtingsmateria-len. Ing (UK) wees erop dat lekkage van metafdichtingsmateriaal behandelde voegenvaak te wijten is aan onoordeelkundige keu-ze van het type afdichtingsmateriaal en aaneen eveneens onoordeelkundige installatieervan. De temperatuur van het bouwwerk envan het afdichtingsmateriaal tijdens het aan-brengen van het afdichtingsmateriaal kun-nen beslissend zijn voor het al dan niet goedfunctioneren van de voeg. Voors.chriftenvoor toepassing van afdichtingsmaterialenzijn er op dit moment nog niet. Althans nietin het Verenigd Koninkrijk, en voorzover Inghad kunnen nagaan, ook niet daarbuiten. BijHet beheersen van scheurvorming door eenweloverwogen combinatie van betonstaal envoorspanning, c.q. gedeeltelijke voorspan-ning, werd aan de orde gesteld door Brugge-ling (NL). Hij toonde aan dat met name bijhet dimensioneren op scheurwijdte in gevalvan opgelegde vervormingen - bijvoorbeeldeen temperatuurgradi?nt over een cilinder-vormige wand - voorspanningleidt tot economische oplossingen.Turton (UK) besteedde ruime aandacht aanhet gedrag van verhardend beton. Duidelijkwaren de relaties scheurvorming-vloeistof-dichtheid en scheurvorming-aantasting dedrijfveren voor zijn verhaal. Ernstige lekkagevan opgeslagen produkt betekent enerzijdsvervluchtiging van kapitaal en anderzijds, alshet agressieve stoffen betreft, verontreini-ging van gronden grondwater; Lekkage vanbuiten naar binnen kan verontreiniging bete-kenen van het opgeslagen produkt. Bij op-slag van droge stoffen kan damptransportdoor scheuren het gedrag van het opgesla-gen produkt, met name de cohesie,sterkbe?nvloeden en daarmee de gevoeligheidvoor de zogenaamde silo- of boogwerking.Ruime aandacht dus voor scheurvorming. Infiguur 1 is schematisch weergegeven welktype scheuren kan optreden. De verschillen-de oorzaken van scheurvorming werden be-sproken, alsmede de ten dienste staandemaatregelen om de kans op scheurvormingzo veel mogelijk te beperken.Cement XXXVII(1985) nr. 3 1523Detail van een reservoir metsamengestelde wanddoorsnede4Doorsnede van een opslagconstructie interre-arm?een de gegarandeerde waterdichtheid van dewand-vloerverbinding.Op eventuele problemen bij de monolietewand-vloerverbinding vaneen voorgespan-nen betonnen tank werd ingegaan door VanBreugel (NL). Aangetoond werd dat bij ring-krachtgetrouwe voorspanning van de cylin-derwand de monolietverbinding zodanig kanworden ontworpen, dat hoge piekspannin-gen aanzienlijkbeperkt blijven, terwijl tevenseen besparing op de hoeveelheid horizontalevoorspanning kan worden bereikt:Een geheel ander type opslagconstructiewerd besproken door McKittrick (USA). Hijlichtte het ontwerp toe van bunkersilo's interre-armee voor opslag van kolen en cokes.Figuur 4 geeft een typische doorsnede vaneen dergelijke constructie. Een hoeveelheidgrond wordt zodanig afgespannen tegen ge-prefabriceerde betonnen panelen, dat gronden panelen tezamen een stabiele eenheidvormen. Constructies van dittype zouden re-latief minder zettingsgevoelig zijn dan con-structies met eenzelfde opslagcapaciteit (tot100.000 ton) in voorgespannen beton. Wis-selingen in het vochtgehalte van de grond ende daaruit voortvloeiende kans opinst?bili-teit van de constructie zijn bij dit type con-structie een zaak waaraan de nodige aan-dacht moet worden besteed.profiled steel sheetSilo's?Detweede dag van het symposium was voor-namelijk gewijd aan silo's voor opslag vandroge stoffen. Silo's laten zich naar de wijzevan legen onderverdelen in twee typen. Le-gen kan geschieden door middel van 'rnass-flow' of 'funnel flow', ook wel 'care flow' ge-noemd (fig. 5). Problemen die zich bij het le-gen van een silo kunnen voordoen, zijn ont-menging van een produkt met een brede kor-relopbouw, boog- of silo-werking, dynaml-sche belastingen als een in een silogevorm-de boog instabiel wordt, en 'ratholing'(fig. 7). De neiging tot boogwerking en dedaarmee verbonden problemen bij het legenvan de silo kunnen op verschillende manie-ren worden verholpen. Peace (UK) gaf de vi?sle van British Steel op dit punt, betreffendesilo's voor de opslag van kolen, cokes etc.Een voorkeur werd uitgesproken en toege-licht voor silo's van het rnass-flow type. Tervoorkoming respectievelijk verhelpen vanproblemen bij hetlegen van silo's was goedeervaring opgedaan met het aanbrengen vandiverse soorten Iiners aan de binnenkant vande trechtervormige uitstroomopeningen. Af-hankelijk van de aard van het opgeslagenprodukt - vochtigheid, ruwheid, cohesie -kan een keuze worden gedaan uit liners vanroestvrij staal en UHMWP-liners (ultra highmolecular weight polyethylene).Problemen bij het legen van silo's kunnenook op een geheel andere manier worden on-dervangen, namelijk door het gebruik van zo-genaamde luchtdrukkanonnen. Daarmeewordt in korte tijd een hoeveelheid lucht on-der druk de silo ingeblazen. De luchtdrukin-jectie bewerkstelligt een goede uitstromingvan het opgeslagen produkt. Rappen (BRD)die zeer positief was over de toepassing vanluchtdrukkanonnen, wees er wel op dat vooreen goed resultaat een weloverwogen af-stemming van kanoncapaciteiten silogroot-te een eerste vereiste is.Wright c.s (UK)was duidelijk meerterughou-dend ten aanzien van de toepassing vanluchtdrukkanonnen. Hij legde de nadrukvooral op wat er mis kon gaan. De wat terug-houdende opstelling was duidelijk ingege-ven door schade aan silo's die met lucht-drukkanonnen waren uitgerust. Schade, diewas terug te voeren op onjuiste dlmenslone-ring van de installatie. Vanuit een aanvanke-lijke terughoudende opstelling werd uitein-delijk toch, mede op grond van de uitkom-sten van enkele berekeningen, een positiefoordeel gegeven over de werking van hetluchtdrukkanon.Blackstone (UK) belichtte een aantal alge-mene items, zoals silovormen, installaties,onderhoud en ventilatie. DIt laatste mede inVervolg op blz. 1565a-bMass-flow (a) en core-flow (b) silo's6Grafiek voor het bepalen van hetuitstroomgedrag van de silo'saaogle of repose care - flowboundery lines for different values ofeffedive angle of internal frictionsmasshopper angle7Mogelijke problemen bij het legen van eencore-flow siloCement XXXVII(1985) nr. 3 153funneling ratholing arching bridgingBepaling lstu:_ { 6 0 6 0 } _ 2'tcsu,m- ? (0,016 20 + 0,095)25 + 0,320+ 1,6 - 6,08 N/mm'tcsu 0,67 . 6,08 = 4,1 N/mm220?4004. 4,1 = 488mm.Er is in dit geval geen ophangwapening vereist. Het basisnet (hier 0 k 12-200) moet minimaal20% van de hoofdwapening bedragen. Tevens geldt, evenals voor de horizontale beugels:0 k;:;: 10 mmo6. Toetsing aan NEN 38802800Md =1,7~.1,00=1190kNmz = 0,2 . 1000 + 0,4 . 850 = 540 mm (art. E-503.4)1190.106540 . 400 == 5509 mm24,8 . 1,2 4002 2(1000)2 1600 . 800 = 1,3 N/mm1 + 8002800.1032 . 1600 . 800 = 1,1 N/mm2< t1literatuur1.Btraman, J.P., Berekenen en detailleren van constructie-onderdelen (VII) - Twee-paals poe"ren; Cement nr. 10, 19842. Leonhardt, F., E.M?nnig, Grundlagen zum Bewehren in BtahlbetonbauVervolg van blz. 153 (Opslag constructies)verband met de mogelijkheid dat bij ventila-tie van het opgeslagen produkt, schadelijkestoffen in de atmosfeer zouden kunnen ko-men. Gewezen werd ook op de gevoeligheidvan silo's voor aardbevingen. Overigenszonder dat hierop nader werd ingegaan. Tenaanzien van silovormen zou de meervoudigecilinder-vormige silo het voordeligst zijn.Eenzelfde opmerking werd gemaakt doorWalier (UK). Uit recent onderzoek van Eibl(BRD) zou volgen dat om diverse redenen devoorkeur zou moeten uitgaan naar een niet"cilindervormige geometrie, Lc. een veel-hoek.WalIer en Blackstone wezen erbeiden op datbouwen met glijbekisting de meest voordeli-ge bouwwijze voor silo's is.Sommige produkten leveren extra proble-men op bij het legen van silo. Wood (UK)noemde in dit verband graan en sojabonen,waarvan de uitstroomeigenschappen sterkafhangen van het vochtgehalte van het pro-dukt. Hij wees erop dat waarden voor dewandwrijving en de interne wrijving, c.q. decohesie, in de literatuur niet ondubbelzinnigzijn vastgelegd. Voorzover waarden wordengegeven, blijken deze dan nog aan groteschommelingen onderhevig te zijn. In deloop van de tijd kan de wandwrijving veran-deren, wanneer door de betonwand vocht-transport plaatsvindt, gevolgd door conden-satie.Wood wees voorts op het verschijnsel dat bijCement XXXVII (1985) nr. 3langdurige opslag een temperatuurwissel-belasting kan leiden tot grote zijwaartse silo-drukken, namelijk wanneer bij daling van detemperatuur de wand door het opgeslagenprodukt wordt verhinderd weer naar binnente gaan.Hoge wapeningspercentages, die vooralvoorkomen bij grote silo's, kunnen aanlei-ding geven tot brittie spalling, wanneer in dewand buigende momenten optreden.Ontwerpdrukken van silo'sAnders dan bij vloeistofreservoirs is bij silo'svoor opslag van droge stoffen het bepalenvan de ontwerpdrukken een moeilijke zaak.De druk op de wanden is afhankelijk van dewandwrijving, interne wrijving, volumiekemassa van het produkt en de vorm van desilo. Van oudsher worden voor het bepalenvan de ontwerpdrukken de uit 1895 dateren"de Janssen-formules gebruikt. Bekend is,dat deze formules een onderschatting vande optredende drukken geven. Volgens Wal?Ier (UK) is uit drukmetingen en uit de ongeval-lenpraktijk komen vast te staan dat de optre-dende drukken wel 2,3 ? 3,7 maal zo grootkunnen zijn als met de Janssen-formuleswordt gevonden. Wright (UK) noemde 2 maalzo grote drukken bij korrelig, en 5 maal zogrote drukken bij cohesief materiaal. Bijmass-flow silo's zouden de drukken zelfs 6,5maal zo groot kunnen zijn. Diverse correctiesop de Janssen-formules hebben geleid totmeer met de werkelijkheid overeenstem-mende formules. Veel werk is op dit terreinverricht door Jenike. Eibl (BRD) heeft zowel156analytisch als experimenteel onderzoek ver"richt naar silodrukken. Hij wees op de moei-lijkheid om betrouwbare ontwerpformules tevinden die toch overzichtelijk en eenvoudighanteerbaar zijn. Eibl was de enige die hetprobleem van stofwolkexplosies aanstipte.Het probleem is gesignaleerd. Behandeld ishet in het geheel niet.CodesIn diverse symposiumbijdragen werd gerefe-reerd aan silocodes. Genoemd werden deFranse code 334/1975, de Duitse DIN 1055,ACI-code 313-77 en de Russische CH"302-65/1965. Van de DIN-norm is in 1983 eennieuwe versie uitgekomen.Wright (UK) wees erop, dat in geen van dezecodes gevallen werden behandeld vanasymmetrische silo's en van excentrisch ge"legen uitstroomopeningen. Op sommigepunten zouden de verschillende codes ookduidelijk met elkaar in tegenspraak zijn. Wal-Ier (UK) stond daarom een internationaleaanpak voor om te komen tot meer uniformi-teit in codes en richtlijnen voor de bouw vansilo's. Na doorwerken van al hetgeen op ditsymposium werd geboden, kan de opstellervan dit verslag de wenselijkheid van een der-gelijke aanpak niet anders dan beamen.literatuurProceedings of the international symposiumDesign, Construction and Maintenance ofConcrete Storage Structures, Vol. I en 11;New Castie upon Tyne, 3 en 4 december1984.