Voorgespannen betonVoor GKN General Steels Division (een divisie van Guest Keen & Nettlefolds Ltd.) was een enander aanleiding om voor deze druk-opslag de toepassing van horizontale, cilindervormigetanks van voorgespannen beton nader in studie te nemen. Bij deze beslissing is uiteraard ookgedacht aan enerzijds de grote drukvaten van voorgespannen beton die inmiddels voorverscheidenekerncentraleszijn gebouwd en anderzijds de velevoorgespannen betonbuizendie voor hoge-drukleidingen in gebruik zijn.Bij chemische industrie?n e.d.zal de opslag van tot vloeistof verdichte gassen waarschijnlijknog ruimere toepassing krijgen, daar de afkoelingskosten (energie) van tot vloeistofgekoel-de gassen nog steeds stijgen. Dit zal leiden tot vergroting van het aantal druktanks en/of vande grootte van dergelijke tanks. Vanzelfsprekend worden ook aan deze bolvormigedruktanksspeciale veiligheidseisen gesteld.Bij stalen druktanks heeft zich al meer dan eens een catastrofe voorgedaan door hetplotseling bezwijken, c.q. het openrijten van de tank. Met het toenemende aantal druKtankszal de kans op een dergelijke calamiteit groter worden. Daarbij komtdat het bedoelde risiconog verder kan toenemen door de vergroting van het volume van bolvormige tanks, vooralomdat deze boltanks uit veiligheidsoverwegingen altijd bovengronds worden geplaatst.VoorgeschiedenisZoals algemeen bekend zal zijn, worden voor de druk-opslag van LPG e.d. tot nu toehoofdzakelijk gelaste, stalen tanks toegepast: cilindervormige tanks meteen opslagcapaci"teit tot circa 100 ton en bolvormige tanks met een opslagcapaciteit tot circa 1000 ton.De kleinere (cilindervormige) tanks zijn thans algemeen gebruikelijk bij LPG-stations, en degrotere (bolvormige) druktanks komen vooral bij chemische industrie?n voor. (Om degedachten te bepalen: tot vloeistof verdicht propaan wordt onder een druk van 15,5 baropgeslagen, en tot vloeistof verdicht butaan onder een druk van 4,3 bar).Het verbruik van LPG als motorbrandstof neemt nog steeds toe, vooral in landen alsNederland. Dit zal zeker leiden tot toeneming van het aantal LPG-stations en/of het aantalLPG-tanks. De LPG-stations bevinden zich dikwijls in de nabijheid van bewoonde gebiedenen - in elk geval - dichtbij wegen en straten. Vooral daarom dienen hun LPG-tanks aanspeciale veiligheidseisen te voldoen.Tanks van voorgespannenbeton voorde druk-opslag vanLPG e.d.Tijdens het eerste internationale congres'Cryogenic Concrete', dat van 25 t/m 27maart 1981 in NewcastleuponTyneisgehou-den, hebben Brian P. Pritchard (W.S.Atkins&Partners) en Dr.C.Jubb (GKN General SteelsDivision) in een interessante discussie-bijdrage gerapporteerd over tanks van voor-gespannen beton voor de opslag van gassendie door drukverhoging vloeibaar zijn ge-maakt.Dat congres had weliswaar betrekking opdrukloze, gekoelde opslag (ook wel cryoge-ne opslag genoemd), maar desondanks wasdeze discussie-bijdrage er volledig op zijnplaats. Het ging hierbij immers, zoals in hetgehele congres, overde opslag van vloeibaargemaakte gassen, in dit geval vooral LPG(propaan en/of butaan).Bovendien ontlenen de voorgestelde druk-tanks, evenals de betonnen tanks voor druk-loze, gekoelde opslag, hun betekenis aanessenti?le eigenschappen van voorgespan-nen beton. Daarbij moet allereerst wordengedacht aan de grote veiligheid die samen-hangt met het bezwijkmechanisme van ditmateriaal: geen plotseling bezwijken, d.W.z.geen brosse breuk en geen openrijten, en bijeventuele breuk van een voorspanelement-hoe onwaarschijnlijk die ook is - geenscheurvoortplanting in het beton.En tenslotte: er was hier duidelijk sprake vaneen nieuwe ontwikkeling, die het waard isbekendgemaakt te worden ?n veel aandachtte krijgen, ook omdat hier een belangrijk Aan dehorizontale, cilindervormige druktanks van voorgespannen beton kunnen de volgen-maatschappelijk veiligheidsprobleem aan de voordelen worden toegekend.de orde is. ? Ten opzichte van de stalen druktanks een grotere veiligheid, als gevolg van het specifiekeOm dezelfde redenen wordt in dit artikel na" bezwijkmechanisme van voorgespannen beton: eventuele scheurvorming leidt tot lekkageder ingegaan op de mogelijkheden van voor- en daardoor drukvermindering, waarna de scheuren weer worden dichtgedrukt door degespannen beton voor druktanks ten behoe" voorspanning.ve van de opslag van LPG e.d. De hierin Dit niet-catastrofale bezwijkmechanisme is al vele malen vastgesteld bij druktests tenverwerkte gegevens zijn voor dit doel be- behoeve van kerncentrales. Die hadden betrekking op modellen van de drukvaten, maar deschikbaar gesteld door de heren Jubb en voorgestelde druktanks kunnen desgewenst op ware grootte worden beproefd.Pritchard. ? Het zou ideaal zijn als ook de grotere druktanks cilindervormig kunnen worden, in plaats vanbolvormig. Dergelijke tanks van voorgespannen beton zijn doorhun vorm en het toegepastemateriaal geschikt om te worden aangeaard of ingegraven. Daardoor zullen zij veel minderomgevingsproblemen geven dan de bolvormige druktanks en ook minder dan de hogecilindervormige tanks voor drukloze, gekoelde opslag.De eindafsluitingen van een cilindervormige druktank zullen extra kosten vergen, maar dezekosten zijn te beperken door de verhouding lengte/diameter zo groot mogelijk te kiezen.? Vergeleken met stalen (bol) tanks zijn de voorgestelde druktanks van voorgespannen betonminder kwetsbaar voor allerlei 'inslagen', van bijvoorbeeld auto- en vliegtuigbotsingen totmogelijke sabotage-daden.? Ten opzichte van stalen druktanks zullen de druktanks van voorgespannen beton onder-houdsvrij zijn. Daar hetuitwendig aangebrachtevoorspanstaal van een laag spuitbetonwordtvoorzien, is dit staal niet meer rechtstreeks te controleren. Maar blijkens jarenlange ervaringCement XXXIII (1981) nr. 8 509aanbrengen spanning opstaaldraadspandraad van rol onderminimale spanningT= Staalspanning l roterende buisafgezien van wrijvjngsv'erLiezenis de verrichtte arbeid? Txlengte van spandraad., initiat winding~~2Tafgezien van wrijvingsverliezen is de verrichtte ar~d Tx elastisch rel< van spandraad1a-ba. Conventionele wikkelmethodeb. GKN-wikkelmethode; de 'initial winding'wordt met slechts weinig energieaangebracht en levert vervolgens debenodigde wrijvingsweerstand voor het opspanning brengen van de eigenlijkewikkeling2GKN-proeftank met omwikkeling van draado 1 mm en langsvoorspanning met20 draden 0 5 mmCement XXXIII (1981) nr. 8met vergelijkbare buizen van voorgespannen beton, ook ondergrondsen onder diverseomstandigheden, is er geen enkele reden om corrosieproblemen te vrezen. In sommigeagressieve milieus kan het gewenst zijn om de keuze van de te gebruiken cementsoorthieropaf te stemmen.SamenwerkingHet idee van horizontale, cilindervormige druktanks van voorgespannen beton is dus ineerste instantie afkomstig van en ontwikkeld door de staalmaatschappij GKN. In dit verbandwerd door deze maatschappij voor het voorspannen van dergelijke tanks een nieuwe wikkel-methode (GKN?wikkelmethode) ontworpen. Voor het gasdicht maken van de betonnen tankszijn proeven genomen, die tot de keuze van een geschikte coating hebben geleid.Voor de verdere detaillering van het ontwerp heeft GKN contact opgenomen met het raadge-vend-ingenieursbureau W.S.Atkins & Partners. Daarna is samenwerking ontstaan met deaannemingsmaatschappij Taylor Woodrow Construction Ltd., die over veel ervaring metdrukvaten van voorgespannen beton voor kerncentrales beschikt. Sedertdien vormen dezedrie partners een 'development group' voor de verdere ontwikkeling van het idee ?n voor deintroductie ervan bij ontwerpers en potenti?le gebruikers. Voor wat betreft de veiligheidsas-pecten zijn inmiddels besprekingen begonnen metde Engelseoverheid (H.M.Factory lnspec?torate, Department of Employment) enmet Engelse olie-en gasmaatschappijen (zoals BritishGas Corporation en Esso Oil Company).Voor het in dwarsrichting voorspannen vaneen clindervormige tank komt uiteraard het zgn.omwikkelen het eerst in aanmerking. Hiertoe heeft GKN een nieuwe wikkelmethode ontwik-keld, die in Engeland is geoctrooieerd.DeGKN-wikkelmethode,diegeschiktisvoorhetomwikkelenvangrote,horizontaalopgestel-de, cilindervormige tanks, is een zogenaamde ontlaste methode van wikkelen. V??r deeigenlijke wikkelingen komen 5 ? 6 wikkelingen voor, waarvan de eerste vrijwelspannings-loos is (fig. 1). Deze 'initial winding' geeft voldoende wrijvingsweerstand om bij heteigenlijkewikkelen het voorspandraad onder de gewenste spanning te kunnen brengen. Daartoe looptde draad n? de 'initial winding' over een schijf, waaraan een voor de vereiste trekkrachtbenodigd gewicht hangt. (Overigens doet deze methode van wikkelen sterk denken aan dewikkel methode die al vele jaren door Arkel-Beton wordt toegepast bij de vervaardiging vanvoorgespannen betonbuizen).Daar bij deze wikkelmethode maar betrekkelijk weinig energie nodig is, kan hiervoor met vrijeenvoudige en lichte installaties worden volstaan. De methode is verder ook geschikt omkonische of enigszins bolvormige eind-afsluitingen van de druktanks te omwikkelen.Kleinere tanks kunnen om hun lengteas roteren, terwijl het wikkelen dan vanaf een vasteplaats geschiedt. De GKN-wikkelmethode is echter ook bedoeld voor het omwikkelen vangrotere, cilindervormige tanks, die daarbij niet om hun lengteas draaien. Het omwikkelengebeurt dan door een kleine wagen die zich om de tank beweegt, maar verder geheel volgenshet principe van de ontlaste methode werkt.Voor het gasdicht maken van betonwandenkomen stalen Iiners in aanmerking, zoals dezevooral bij drukvaten voor kerncentrales worden toegepast. Maar hetzelfdeeffect kan wordenbereikt door het aanbrengen van een coating, die veel goedkoper zal zijn. GKN heeft daaromverschillende coatings onderzocht, in kleine cilindervormige betontanks die met propaanwerden gevuld. Deze proeven hebben geleid tot de keuze van een coating op epoxybasis, dieaan de gestelde eisen voldoet (eenvoudig aan tebrengen, goed hechtend aan beton, bestandtegen de oplossende werking van propaan, langdurige praktijkervaring in olietanks).Beproeving op drukDoor GKN is inmiddels een aantal kleine proeftanks gemaakt, onder meer om er enkele opdruk te kunnen beproeven. Deze tanks werden vervaardigd van betonbuizen met een lengtevanO,81 meneen inwendige diameter van 0,38 m (15"). Deomwikkelinggeschieddevolgensde GKN-wikkelmethode mettoepassing van staaldraad 01 mm, datmeteen tussenruimtevan2 mm werd gewikkeld. Daarna is delangsvoorspanning aangebracht met 20 draden 0 5 mm,voorzien van opgestuikte kopjes. Deze draden zijn onderspanning gebracht met behulp vanbouten die zich aan een stalen ring in het midden van de tank langs de omtrek bevinden (foto2).De meeste proeftanks waren ontworpen op een druk van 20,7 bar. Drie van deze tanks zijnhydrostatisch tot bezwijken beproefd. Zij waren voorzien van verschillende eind-afsluitingen:- vlakke betonplaten, met een vrij zware wapening;- massieve afsluitingen, ongeveer ellipsvormig, die door de langsdraden zijn voorgespannen(zoals op foto 2);- holle afsluitingen, eveneens ongeveer ellipsvormig, voorzien van een lichte wapening enverder op de genoemde wijze voorgespannen.Deze drie proeftanks bezweken ondereen hydrostatischedrukvan respectievelijk23, 22en21bar. De eerste twee tanks bezweken ter plaatse van een voeg tussen eindafsluiting encilinder,de derde tank bezweek door scheurvorming in een eindafsluiting. Bij deze tank sloten descheuren zich zodra de druk was weggenomen. Lekkage trad pas weer op nadat de druk wasopgevoerd tot 14 bar. Ook hieruit valt te concluderen, dat het plotselinge bezwijken van eenvoorgespannen betontank zeer onwaarschijnlijk is.5103Proeftank met opslagcapaciteit van 1000 kgLPG, met langsvoorspanning van 36 dradeno 7 mm en omwikkeling met draad 05,54Aanbrengen langsvoorspanning met behulpvan een middenring5Aanbrengen van de omwikkeling met eenwagen die zich om de tank beweegt.Cement XXXIII (1981) nr. 8Kleinere opslagtanksIn een volgende fase zijn enkele druktanks met een opslagcapaciteit van 1000 kg LPGgebouwd. Zij moeten dienen voor destructieve beproeving en eengedetailieerde analyse,zowel lineair-elastisch als met de elementenmethode. Deze tanks zijn vervaardigd vanstandaard betonbuizen voor hoge-drukleidingen, met een inwendige diameter van 0,914 men een wanddikte van 57 mmo Door het afzagen van vaar- en moereinden ontstond eencilinder met een lengte van 3,05 m. De massieve eindafsluitingen zijn ongeveer ellipsvormigen werden in beton geprefabriceerd.De drie onderdelen van een dergelijke tank zijn op een speciale ondersteuning aan elkaargekoppeld door 36 draden 0 7 mm voor de langsvoorspanning (foto 3). Daarna kan deomwikkelingplaatsvinden met draad 0 5,5 mm om tenslotte langs-en dwarsvoorspanstaal tevoorzien van een laag spuitbeton.De drie onderdelen waren aan de binnenzijde voorzien van de epoxycoating. Het lag in debedoeling om de voegen tussen deze drie onderdelen te dichten met epoxymortel, maarvolgens het inmiddels uitgevoerde spanningsonderzoekzou vooral bij grotere tankafmetin-gen het bezwijken plaatsvinden door afschuiving in een voeg. Daarom wordt thans gezochtnaar een geschikte mechanische voegafdichting,Grotere opslagtanksTenslotte zijn deeerste concrete gedachten geformuleerd betreffende ontwerp en uitvoeringvan een druktank met een opslagcapaciteit van ongeveer 1000 ton propaan of butaan. Eenstalen boltank met deze opslagcapaciteit bezit een diameter van 14,6 menstaat gewoonlijkop poten. Dergelijke stalen tanks dienen hydrostatisch beproefd te worden tot 150% van dewerkdruk, dat wil zeggen tot 23,25 bar voor propaantanks en tot 7,8 bar voorbutaantanks.De voorgestelde druktank van voorgespannen beton, met dezelfde opslagcapaciteit, beziteen inwendige diameter van 7,3 m, een wanddikte van 0,40m en een lengte van ruim 35 m.Door deze vorm, ?n het toegepaste materiaal, kan een der?elijke druktank op het maaiveldgeplaatst worden, terwijl aanaarding en ingraving zonder meer mogelijkzijn, zodater mindermilieuproblemen zullen rijzen dan in het geval van een stalen boltank.Het ciIindrische gedeelte kan als monoliet worden uitgevoerd, maar ook uit geprefabriceerdeelementen worden samengesteld. Voor het grootste deel van de konische einden zijndezelfde mogelijkheden aanwezig; de eindafsluitingen zullen echter geprefabriceerd moe-ten worden. De buitenzijde wordt voorzien van langsgroeven. Hierin komen de draden (bij"(vervolg op blz. 512)511BoekbesprekingDein deze rubriek besproken c.q. aangekondigde boekenkunnen ter inzageverstrektworden doorde bibliotheek vande Afd. Voorlichting van de Verkoopassociatie NederlandsCement Enci"Cemy"Robur B.V., St. Teunislaan 1, Postbus3011,5203 DA 's-Hertogenbosch, tel. 073" 150287.Park, R., en Gamble, W.L., Reinforcedcon-crete slabs; New Vork, John Wiley & Sons,1980; 618 blz., ill., grafieken en tabellen,f 137,-Het boek bevat de beschrijving van het ge-drag van gewapend-betonplaten in het elas-tische stadium en het bezwijkstadium. Het isbedoeld om de lezer een grondig inzicht tegeven in de krachtswerking van betonplaten.Dit wordt door de schrijvers essentieelgeacht voor een goed begrip van de (Ameri-kaanse) voorschriften en van bereke-ningsmethoden voor het ontwerpenvan pla-ten. Het boek is goed verzorgd, duidelijk ge-schreven met overzichtelijke figuren enheeft een omvang van ruim 600 pagina's. Elkhoofdstuk is voorzien van uitvoerige litera-tuurverwijzingen waarbij vrijwel uitsluitendwordt gerefereerd aan Engelstaligepublica-ties (oorspronkelijk of vertaald). Het boekheeft daardoor het karakter van een 'state ofthe art' rapport, meer dan dat de schrijverstrachten een bepaalde keuze te doen uit deovervloedige voorraad berekenings- en be-naderingsmethoden.Het boek bestaat uit de volgende hoofdstuk-ken:1. Inleiding (18 blz.)2. Grondslagen van de plaatberekeningenvolgens deelasticiteitstheorie (36 blz.)3. Resultaten van elastische berekeningen(77 blz.)4. Achtergrond van de ACI Building Codevan 1971 en 1977 (49 blz.)5. Algemeen ontwerpen berekening metbe-hulp van het ondergrens- en bovengrens-draagvermogen (24 blz.)6. Ontwerp met behulp van de strippenmet-hode en andere evenwichtsmethoden(ondergrens van het draagvermogen) (69blz.)7. Grondslagen van de vloeilijnentheorie(130 blz.)8. Ontwerpen volgens de vloeilijnentheorie(62 blz.)9. Gedrag van platen in de gebruikstoestand(31 blz.)10. Dwarskrachtsterktevan platen; pons (52blz.)11. Voorgespannen platen (13 blz.)12. Membraanwerking in platen (51 blz.)In hoofdstuk 1 en 2 wordt een recapitulatiegegeven van de diverseplaattypen en van debelangrijkste formules uit de plaattheorie.Voorts worden de diverse (elastische) bere-keningsmethoden kort behandeld. In hoofd-stuk 3 worden dan gegevens verstrekt overde momentenverdeling van platen, meestalin de vorm van gemiddelde momenten alsfunctie van de lengte-breedte verhoudingvan de (rechthoekige) velden en ook alsfunctie van de stijfheidsverhouding tussenvloer en ondersteunende balken. Hierbijwordt het niet nodig geacht om zelfs maarvoor ??n soort plaat aan te geven hoe demomenten nu eigenlijk in een plaatverlopen.In mijn ogen is dit deel van het boek verreweghet minst geslaagd en valt het niet mee doordeze rijstebrijberg van gegevens heen te ko-men. Wellicht is deze vorm gekozen omrechtstreeks aan te kunnen sluiten op hoofd-stuk 4 waar op de ACI Building Code wordtingegaan.In hoofdstuk 5 worden dan zowel detheore-ma's voor de bovengrens van het draagver-mogen (vloeilijnentheorie) als voor deondergrens van het draagvermogen (even-wichtsmethoden) uiteengezet. De benodig-de wapeningsmomenten worden ge?ntrodu-ceerd, maar ook hierweer, teveel analytischafgeleide formules waarbij de lezer die nietvan te voren op de hoogte is van deze zaken,nauwelijks weet wat hij aan het doen is.Volledig in tegenstelling hiermee is danhoofdstuk 6, waarbij de strippenmethodevan Hillerborg wordt uitgelegd met duidelij"ke voorbeelden en veel figuren, waarbij menzich wel kan afvragen of de 'avancedstripmethod' weer niet wat te veel van het goedeis.Hoofdstuk 7 en 8 vormen de hoofdmoot vanhet boek waarin de vloeilijnentheorie wordtbehandeld, waarbij vooral de aandacht valtop de oplossingen met behulp van arbeids-beschouwingen. In het gedeelte waarin hetevenwicht van de breukstukken wordt be-handeld worden de 'knoopkrachten' inge-voerd op de ingewikkelde wijze die toch alsachterhaald zou moeten worden be-schouwd. Voorts komt zo ongeveer alles tersprake wat men zich op dit gebied wensenkan, geconcentreerde lasten, bezwijkme-chanismen waarin zowel de plaat als deondersteunende balken zijn betrokken,maar ook bezwijkpatronen rond kolommenmet eindige afmetingen, die hetzij alleendwarskrachten of buigende momentenmoe-ten overbrengen op de plaat ofeencombina-tie hiervan. Bij de vergelijking met proefre-sultaten wordt op vrij oude literatuurgege-vens teruggevallen. Bij het ontwerpen vanplaten volgens de vloeilijnentheorie wordtook ingegaan op minimaal wapeningsver-bruik door een geschikte keuze van de wape-n ingsverhouding in x-en y-richting, evenalsop het plaatselijk verminderen of be?indigenvan de wapening. Naar mijn oordeel is devloeilijnentheorie in het boek te centraal ge-steld. Een van de meest zinnige toepassin-gen, namelijk het controleren van de min ofmeer sterk geschematiseerde wapening dielangs andere wijze is verkregen (hetzij viatabellen of een computerberekening), wordtzelfs niet aangetipt.In hoofdstuk 9 wordt ingegaan op de door-buiging van platen en de mate van scheur-vorming. In hoofdstuk 10 wordt een up-tO"date overzicht gegeven van de dwarskracht-sterkte van platen, uitgaande van een lineairverlopende schuifspanningsverdeling langsde periferie. De (vrij) bekende beschouwin-gen van Mast over de overdracht van mo-menten in een plaat-met de daarbij ontstane- dwarskrachten, wordt echter niet behan-deld. Voorgespannen platen worden inhoofdstuk 11 slechts aangetipt, de proble-men die kunnen ontstaan bij voorspanningzonder aanhechting worden niet aange-roerd. Tenslotte wordt nog ingegaan op demembraanwerking bij platen.Samengevat een alleszins duidelijkgeschre-ven boek waar de meeste onderwerpen vol-doende aan hun recht komen, maar dat ervanwege de omvang nauwelijks toe noodtom in zijn geheel te worden bestudeerd. Temeer omdat nogal eens is getracht alles enalles water in de Engelstaligeliteratuurvoor-handen is even aan te stippen. Voor het ont-werpen van platen had ik graag wat meeroverzichtelijke gegevens volgens de elasti-citeitstheorie gezien en wat minder vloei lij-nentheorie, want ik kan mij nauwelijks voor-stellen dat de doorsnee-constructeur op delaatstgenoemde wijze platen zal gaan di-mensioneren. W.J.BeranekVervolg van blz. 511 (Tanks van voorgespan"nen beton ...)Cement XXXIII (1981) nr. 8voorbeeld 07 mm of 0 8 mm) voor de langsvoorspanning. Deze draden worden met opge"stuikte kopjes verankerd op een konisch eind en afgespannen op een ring in het midden vande tank (fig. 4). Toepassing van strengen, in plaats van draden, zou leiden tot vrij zwareverankeringen, wat minder wenselijk wordt geacht.Voor butaantanks met een niet al te hoge werkdruk, kan met draad (bijvoorbeeld 0 7 mm)worden omwikkeld. Voor propaan-tanks zal het omwikkelen met strengen (bijvoorbeeld015,4 mm) moeten geschieden. In beide gevallen wordt de omwikkeling aangebracht dooreen kleine wagen, die zich om de tank beweegt (fig. 5).Het omwikkelen van de gehele tank zal in een bepaalde volgorde moeten gebeuren,bijvoor-beeld eerst de twee konische einden en dan het cilindrische middendeel, met tussentijdseverankeringen. Zodra het omwikkelen is voltooid, wordt de gehele tank aan de buitenzijdevoorzien van een laag spuitbeton. Aan de binnenzijde is uiteraard een epoxycoating aange-bracht. A.A. van der Vlist512