O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 2 95Onderzoek heeft aangetoond datzowel de hechtsterkte, de buig-treksterkte als de druksterkte vanlijmwerk aanzienlijk hoger zijndan van traditioneel metselwerk.Dit biedt perspectieven voor con-structieve toepassingen in lijm-werk.Lateienengeprefabriceerdelijmwerkelementenliggenhierbijvoor de hand. Ondanks de betereprestaties van lijmwerk vormt hetbros mechanisch gedrag een be-lemmering voor deze toepassin-gen. Evenals bij metselwerk kanhetwapenenvanlijmwerksoelaasbieden. Aan de TU Eindhoven isonderzocht of het aanbrengenvan wapening in lijmwerk al danniet leidt tot ductiel gedrag en ofdewapeningeengunstigeinvloedheeft op het scheurgedrag [2].W a p e n e n v a n d el i n t v o e g e nTraditioneel metselwerk wordtgewapend met specifieke stalenmetselwerkwapening?4of5mm(foto 1). Deze wapening past per-fect in een lintvoeg met een diktevan 10 tot 12 mm, doch kan nietmeer worden toegepast bij lijm-werk met een voegdikte van am-per 3 ? 4 mm. Om verzekerd tezijnvaneenvoldoendeomhullingvan de wapening mag de diame-ter van de lijmwerkwapening nietgroter zijn dan 1,25 mm. In hetmeest gunstige geval bedraagt deminimale lijmmortelomhulling(tussen wapening en steen) daniets meer dan 0,8 mm. Is dit haal-baar en aanvaardbaar? Hierbijmoet bovendien het uitvoerings-aspect in ogenschouw wordengenomen. Bij lijmwerk kan dewapening niet worden geplaatsttussen twee afzonderlijk aange-brachte mortellagen, maar moetdewapeningindevoorafgeplaats-te lijmrupsen worden geduwd.Door het aanbrengen van de vol-gende laag stenen wordt de lijm-mortel opengespreid over nage-noeg de breedte van de steen,zodat de wapening volledig wordtomhuld.R o e s t v a s t s t a a lDoor de steeds groeiende marktvan baksteen- en betonsteenlijm-werk was het een uitdaging voorNV Bekaert, fabrikant van met-selwerkwapening, een alternatie-ve wapening voor lijmwerk te ont-wikkelen. In samenwerking metde TU Eindhoven werden ver-schillende wapeningstypen ont-worpen en getest. Dit ontwikke-lingsproces heeft geresulteerd ineen wapeningstype bestaande uitdriegladdedubbeledraden?1,25mm, verbonden door diagonaalgevlochtendraden?0,7mm(foto2) en met een totale doorsnedevan de langswapening van 7,36mm2 per laag. De dwarsdradenfungeren als afstandhouder enhebben een positieve invloed opde mortelhechting. Aangezien deafstand tussen de langsdraden 25mm (1 inch) bedraagt, is de totalebreedte van de wapening beperkttot 50 mm. Hierdoor is de wape-ning ook toepasbaar bij de spe-ciaal ontwikkelde smallere lijm-gevelstenen die ongeveer 80 mmbreed zijn. Door de kleine diame-ter van de wapening is het moge-lijk om deze op rol te leveren ineen lengte van 50 m. Elke wape-ning kan op de juiste lengte wor-den afgeknipt, waardoor moeilijkuitvoerbare overlappingen over-bodig zijn. Door de fabrikant iseenapparaatontwikkeldwaarmeede opgerolde wapening kan wor-den gerecht (foto 3).Rekening houdend met de be-perkte omhulling van de wape-ning is om duurzaamheidsrede-Ontwerpen en dimensioneren van steenconstructies (5)Wapening voor lijmwerk*prof.ir.-arch. D.R.W. Martens, TU/e, Leerstoel Stapelbouw / Studiebureau Dirk Martens bvba, Zingem (B)In het eerste artikel over verlijmde steenconstructies [1] zijn de karakteristie-ken van ongewapend lijmwerk beschreven. Ondanks de hoge hechtsterktetussen de stenen en de lijmmortel is ongewapend lijmwerk niet onbeperkttoepasbaar. Bij constructief metselwerk wordt in principe elke treksterkte ver-waarloosd. Voor het realiseren van lateien met relatief grote overspanningenwordt het metselwerk gewapend met specifieke metselwerkwapening.Maar hoe zit dit bij lijmwerk? Wat is het effect van het wapenen van lijmwerkop het mechanisch gedrag en welk wapeningsmateriaal is hiervoor geschikt?1 | Traditionele metselwerk-wapening2 | Stalen lijmwerk-wapening3 | Rechten van lijmwerk-wapening* Dit is het tweede deel in een drietal artikelen over Verlijmde steenconstructies.Voor deel 1 zie Cement 2001 nr. 8; deel 3 verschijnt in Cement 2002 nr. 4.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiescement 2002 296nen gekozen voor roestvast staalAISI 304. De elasticiteitsmodulusbedraagt 188 000 N/mm2, de0,2%-rekgrens en de treksterktebedragen respectievelijk 450 en780N/mm2.AandeTUEindhovenwerden diverse uittrekproevenuitgevoerd waarmee kon wordenaangetoond dat de hechting vandit type wapening vrij groot is,zodat een verankeringslengte van300 mm voldoet. Door praktijk-proeven is tevens aangetoond datbij de specifieke verwerkingsme-thodevanlijmwerkmettweelijm-mortelrupsen de wapening vol-doende wordt omhuld (foto 4).A l t e r n a t i e f i n k u n s t s t o f ?Naast staal als traditioneel wape-ningsmateriaaldoenookdekunst-stoffen hun intrede. Voor metsel-werkisereenspeciaalwapenings-net in aramide ontwikkeld. Doorde kleine dikte van het netwerkkan deze wapening zowel voormetselwerk als voor lijmwerkworden toegepast (foto 5). Een es-sentieel verschil tussen stalenwapening en aramidewapeningbetreft het mechanisch gedrag.Waar staal een vloeitraject heeft,is aramide gekenmerkt door eenzuiver lineair-elastisch gedrag totaandebreuk(lineair--diagram).Dit betekent dat metselwerk oflijmwerk gewapend met aramidebrosbezwijkt,waardooreenande-re berekeningsmethode en eenandere veiligheidsfilosofie nood-zakelijk zijn dan bij de ductielestalenwapening.Aangezienertotop heden op dit type wapeningweinig onderzoek is verricht, zaldit artikel verder worden beperkttot stalen lijmwerkwapening.G r e n z e n w a p e n i n g s -p e r c e n t a g eMetselwerk en beton worden ge-wapend om de draagkracht te ver-hogen of de scheurvorming te be-perken. Hierbij worden grenzengesteld aan de vereiste hoeveel-heid wapening [3]. Bij een te hoogwapeningspercentage zal de wa-pening niet vloeien, hetgeen re-sulteert in een ongewenste brossebreuk. De ondergrens van hettoelaatbaar wapeningspercentagewordt bepaald door verschillendecriteria. Om een bros bezwijkge-drag te voorkomen moet het op-neembaar moment van de ge-scheurde doorsnede groter zijndan het scheurmoment. Ander-zijds is de maximale rek van dewapeningbeperkt.Dezevoorwaar-de leidt eveneens tot een mini-mum-wapeningspercentage. Eenderde eis ten aanzien van de on-dergrens van de wapeningshoe-veelheid heeft betrekking op debeperking van de scheurwijdte ingewapend metselwerk of beton.Bij lijmwerk baart het maximum-wapeningspercentage geen zor-gen. Dit kan evenwel niet wordengezegd van het minimum-wape-ningspercentage. Door de hogebuigtreksterkte is het scheurmo-ment veel groter dan bij metsel-werk, wat resulteert in een vrijgrote waarde van ondergrens vande benodigde wapening. Bij dun-ne lintvoegen is het niet mogelijkom staven met een grote diame-ter toe te passen, waardoor depraktisch uitvoerbare wapenings-doorsnede meestal lager is dande ge?iste minimale hoeveelheid.Betekentditdatwapenenvanlijm-werk zinloos is? Neen, het wape-nen van lijmwerk is zeker nuttig,maar de doelstellingen zijn we-zenlijk anders dan bij gewapendmetselwerk of gewapend beton.O n t w e r p f i l o s o f i eDoor de hoge en betrouwbarebuigtreksterkte is een lijmwerk-element meestal in staat de belas-tingen zonder scheurvorming opte nemen. Bij het ontwerpen vaneen lijmwerklatei kan worden vol-staan te controleren of de reken-waarde van de buigtrekspanningkleiner is dan de rekenwaarde vande buigtreksterkte van het lijm-werk. Hierbij dienen twee kantte-keningen te worden gemaakt [4].Het bezwijken van een dergelijkelatei gebeurt op een brosse ma-nier, zonder waarschuwingsef-fect door initi?le scheurvorming.Bovendien is het niet ondenk-beeldig dat het in situ lijmwerkniet voldoet aan de vooropgestel-de kwaliteitseisen. Een afwijkingin de fabricage van de mortel, on-zorgvuldige uitvoering of nadeli-ge klimatologische omstandighe-den kunnen hiervan de oorzaakzijn. In dit geval is de veiligheidvan de constructie niet meer ver-zekerd.Hetwapenenvanhetlijm-werk kan hier een afdoende op-lossingbieden.Doorhetwapenenzal het opneembaar moment vande latei niet toenemen, maar kanwelhetplotselingbezwijkenervanwordenvoorkomen.Delijmwerk-wapening fungeert dus als veilig-heidswapening,waarbijgeeneisenworden gesteld aan de grootte vande scheurwijdte.B e l a s t i n g o pl i j m w e r k l a t e i e nHet eigen gewicht van de lateihangt samen met het aantal lagenstenen om de drukboog op te bou-wen, afhankelijk van de overspan-ning. Is de latei borstwering vaneenvolgendeverdiepingdandientals overlast het gewicht van hetaanwezige raamkozijn in reke-ning te worden gebracht, evenalsde belasting veroorzaakt door per-5 | Aramidewapening voormetselwerk en lijmwerk4 | Omhulling van lijmwerk-wapening bij uitvoeringmet lijmpistoolO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteencons tr uc tiescement 2002 2 97sonen en meubilair bij verhuisac-tiviteiten. In de meeste gevallenzal de totale overlast minder dan1 kN/m bedragen, tenzij een bal-konplaat op de latei rust.O n g e s c h e u r d e t o e s t a n dAangezien er geen beperkingenwordengesteldaandescheurwijd-te, is het noodzakelijk om lateienin eerste instantie te dimensio-neren op basis van de buigtrek-sterkte:t,d= Md/We fx/m(1)waarin:t,dis de rekenwaarde van debuigtrekspanning in de latei;Mdis de rekenwaarde van hetbuigend moment in de latei;Weis het elastisch weerstands-moment van de latei;fxis de karakteristieke waardevan de buigtreksterkte vanhet lijmwerk;Mis de materiaalfactor voorhet lijmwerk (parti?le veilig-heidsfactor), volgens Euro-code 6 vari?rend van 1,7 tot3,0 [5].Door de buigtrekspanningen inde rekentoestand te beperken totde rekenwaarde van de buigtrek-sterkte is de kans op scheurvor-mingindegebruiksgrenstoestandvrij klein.Omdezeontwerpmethodetekun-nen toepassen dient de waardevan fxbekend te zijn. In de Euro-pese regelgeving is geen methodevoorzien voor het bepalen van debuigtreksterkte van lateien. Voorzover de treksterkte van de stenengroter is dan de hechtsterkte kanovereenkomstig de Nederlandsenormen NEN 6790 en NEN 3835voordegegarandeerdekarakteris-tieke buigtreksterkte 0,6 N/mm2worden aangenomen. Deze waar-de is gelijk aan 1,5 keer de gega-randeerde karakteristieke hecht-sterkte, die voor lijmwerk mini-maal 0,4 N/mm2 moet bedragen.De meeste lijmwerkfabrikantengaranderen evenwel een karakte-ristieke hechtsterkte van mini-maal 0,7 N/mm2, wat overeen-stemt met een fxvan 1,05 N/mm2.In het Pieter van Musschenbroek-laboratorium van de TU Eindho-ven zijn bij buigproeven op aca-demisch lijmwerk met gevuldestootvoegen (foto 6) karakteristie-ke waarden hoger dan 1,4 N/mm2gemeten [2].H o o g t e g e w a p e n d e l a t e iNadat de afmetingen van de lateiin de ongescheurde toestand zijnbepaald, dient te worden gecon-troleerd of deze hoogte ook vol-doet in de gescheurde toestand.Zoals bij gewapend metselwerken gewapend beton kan de mini-male nuttige hoogte dminvoor la-teien als volgt worden berekend:Mddmin= min 8_____ (2)bf mdfyd3,5 + 1000 ___min=Erfyd(3)55,1 + 2250___Erwaarin:dminis de minimale nuttigehoogte van de wapening;Mdis de rekenwaarde van hetbuigend moment in de latei;b is de breedte van de latei;fmdis de rekenwaarde van dedruksterkte van het lijm-werk;fydis de rekenwaarde van devloeigrens van de wapening;Eris de elasticiteitsmodulusvan de wapening.Deze formules zijn gebaseerd ophetbilineair--diagramvanmet-selwerk zoals voorgeschreven inNEN 6790. Als fyd= 450/1,15 = 391N/mm2 en Er= 188 000 N/mm2 ismin= 1,78.Aangezien de wapening steeds inde lintvoegen wordt aangebracht,dient de druksterkte van het lijm-werk loodrecht op de stootvoegenbekend te zijn. Deze waarde kanworden bepaald uit drukproevenop muurtjes, loodrecht op destootvoegen. Bij ontstentenis vandergelijke proefresultaten kan dekarakteristieke waarde van dedruksterkte evenwijdig met delintvoegen volgens Eurocode 6 [5]ook worden berekend met de vol-gende formules:fk= K1fb0,7fm0,3voor traditioneelmetselwerk (4)fk= K2fb0,85voor lijmwerk (5)waarin:K1en K2zijn een constante dieafhangt van het type steenen mortel;fbis de genormaliseerde druk-sterkte van de stenen in derichting van de toegepastedrukbelasting;fmis de gemiddelde druksterk-te van de mortel.B e n o d i g d e w a p e n i n g s -d o o r s n e d eDe modellering van gewapendlijmwerk is niet anders dan bij ge-wapend metselwerk. De bereke-ning van de vereiste wapenings-doorsnede Ar,berkan gebeurenovereenkomstig de principes vanEurocode 6:6 | Buigproeven opgewapend lijmwerkO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eSteenconstr uc tiescement 2002 298bf md2MdAr,ber= ____[d ?8d2? ____](6)fydbf mdwaarbij d de werkelijke nuttigehoogtevandewapeningvoorstelt.Dewaardevandisafhankelijkvanhet aantal wapeningslagen, waar-door in bepaalde gevallen een be-perkteiteratieveberekeningnodigis. De vermelde formule wijkt ietsaf van CUR-rapport 98-4 [6], om-datinEurocode6wordtuitgegaanvan een rechthoekig --diagram,terwijldeformulesinCUR-rapport98-4 zijn gebaseerd op het bili-neair diagram volgens NEN 6790.M i n i m a l e w a p e n i n g s -d o o r s n e d eVolgens Eurocode 6 moet voorgewapend metselwerk het wape-ningspercentage minimaal gelijkzijn aan 0,1%:Amin,1= 0,1% bh (7)waarbij Amin,1de minimale wape-ningsdoorsnede en b en h respec-tievelijk de breedte en de totalehoogte van de latei voorstellen.Volgens CUR-rapport 98-4 is eenlager wapeningspercentage toe-laatbaar als de toegepaste hoe-veelheid wapening meer bedraagtdan 1,5 maal de benodigde hoe-veelheid wapening om te voldoenaan de sterkte-eisen in de uiterstegrenstoestand. Deze eis bepaalteentweedeondergrensvandewa-peningsdoorsnede:Amin,2= 1,5 Ar,ber(8)De werkelijke hoeveelheid wape-ning Asmoet dan groter zijn dande kleinste van deze minimum-waarden.Ten slotte moet worden gecon-troleerd of voldaan is aan de eisinzake de maximale hefbooms-arm z (Eurocode 6):Asfydz = d[1 ? 0,5 ______] 0,95d (9)b d f mdE x p e r i m e n t e l e v e r i f i c a t i eIn het Pieter van Musschenbroek-laboratorium van de TU Eind-hoven zijn reeds verschillendebuigproeven uitgevoerd op gewa-pend lijmwerk met open en ge-sloten stootvoegen [2]. Uit deproefresultaten blijkt dat de hier-boven vermelde rekenmethodeeen veilige benadering is van dewerkelijkheid. Om de invloed vande wapening op het scheurgedragte evalueren, zijn tevens trek-proeven gedaan op lijmwerkmu-ren (foto 7). Hierbij is vastgestelddat de scheurbeperkende invloedvan de lijmwerkwapening vrijgering is.In volgende artikelen zal dieperworden ingegaan op de specifiekeresultaten van dit onderzoek en inhet bijzonder op het verschil inmechanisch gedrag van lijmwerkmetopenengeslotenstootvoegen.C o n c l u s i eGewapendlijmwerkgedraagtzichniet volgens de regels die geldenvoor gewapend metselwerk en ge-wapend beton. De afmetingenvan een latei in lijmwerk moetendusdanig worden bepaald dat ergeen scheurvorming optreedt indeuiterstegrenstoestand.Omeenvoldoende hoog veiligheidsniveaute bereiken is het noodzakelijkdeze lateien te wapenen, waarbijde roestvaste lijmwerkwapeningkanwordengedimensioneerdvol-gens de principes van Eurocode 6en CUR-rapport 98-4. Voor ara-midewapening moeten andereformules en veiligheidsfactorenworden toegepast vanwege hetzuiver lineair-elastisch gedrag vandeze kunststof.Door middel van ori?nterend ex-perimenteel onderzoek is de be-trouwbaarheid van de hier voor-gestelde ontwerpmethode reedsaangetoond. Verder onderzoek iszeker noodzakelijk om een aantalaspecten zoals de invloed vanopen stootvoegen en de duur-zaamheid nog meer in detail teonderzoeken. L i t e r a t u u r1. Martens, D.R.W., Lijmwerkin de gevel. Cement 2001,nr. 8.2. Bertram G., Martens D.R.W.,Experimentele bepaling vande buigtreksterkte vangelijmd metselwerk metrespectievelijk open engesloten stootvoegen. BKO-rapport 98.23, TU Eindhoven,december 1998.3. Martens, D.R.W., Vermelt-foort A.Th., Bertram G.,Collegedictaat Ontwerpen endimensioneren van steen-constructies. TU Eindhoven,augustus 2000.4. Martens D.R.W., Uitgangs-punten voor het succesvolverlijmen van betonstenen.Syllabus studiedag Verlijmenvan gevels in betonsteen,14 februari 2001.5. prEN 1996-1-1, Redraft 9A,Eurocode 6: Design ofMasonry Structures ?Part 1-1: Common rules forreinforced and unreinforcedmasonry structures,september 2001.6. CUR-rapport 98-4, Gewapenden voorgespannen metsel-werk. CUR, Gouda, 19987 | Trekproeven opgewapend-lijmwerk-muren