De vermoeiingseisen aan wapening uit Eurocode 2 zijn bijzonder streng. Dat geldt vooral voor gelaste staven en wapeningsnetten. In Nederland wordt daar echter, bij bijvoorbeeld bedrijfsvloeren, helemaal nog geen rekening mee gehouden. De Duitse praktijk blijkt veel strenger.
38
Eisen aan
vermoeiing
wapening te
streng?
Door zware
vermoeiingseisen aan wapening zouden
bedrijfsvloeren met de hand
moeten worden gevlochten
Eisen aan vermoeiing wapening te streng? 4 2017
39
log Rsk
verklaring
wapening bij vloei\*en N*
log N \f
\f
b = k
\f
b = k 2
A
A
In constructies moet in sommige gevallen rekening worden
gehouden met vermoeiing. In artikel 6.8 van Eurocode 2
(NEN-EN 1992-1-1 + C2:2011) staat hierover:
(1) De weerstand van constructies tegen vermoeiing moet in
speciale gevallen zijn getoetst. Deze toetsing moet afzonder-
lijk voor het beton en de wapening zijn uitgevoerd.
(2) Een vermoeiingstoets behoort te zijn uitgevoerd voor
constructies en constructiecomponenten die aan regelmatige
belastingswisselingen onderhevig zijn (bijvoorbeeld kraan-
rails, bruggen blootgesteld aan hoge verkeersbelastingen).
Eenduidig zijn deze eisen niet. De voorbeelden onder (2)
genoemd zijn goed voor te stellen: kranen en bruggen hebben
een grote wisselende belasting. Zijn met deze voorbeelden dan
normtechnisch andere voorbeelden uitgesloten? Dat lijkt niet
het geval. Het blijkt dat wapening in bedrijfsvloeren op palen
ook getoetst zou moeten worden op vermoeiing.
Vermoeiing en wapening
Vermoeiing heeft grote invloed op de capaciteit van wapening.
Ook dat is vastgelegd in de Eurocode. Echter, constructeurs van
bedrijfsvloeren in Nederland houden hier geen rekening mee,
zo blijkt in de praktijk (ook in die van de auteur).
Eisen ten aanzien van de maximale spanningswisselingen staan
in figuur 6.30 uit Eurocode 2 (fig. 1). Deze figuur geeft aan wat
de maximale spanningswisseling ??
Rsk bedraagt bij een gegeven
aantal wisselingen N. De gegevens uit de figuur staan in tabel
6.3N van de Eurocode (tabel 1). Uit de tabel blijkt dat gelaste
wapeningsstaven en wapeningsnetten een aanzienlijk lagere
vermoeiingssterkte hebben dan traditioneel gevlochten staven. De maximale spanningswisseling ??
Rsk bij gelaste staven en
wapeningsnetten mag maximaal 58,5 MPa zijn, bij N* = 10
7
spanningswisselingen. Met inachtneming van de materiaalfactor
van ?
s;fat van 1,15 is de rekenwaarde slechts 50,9 MPa.
Dit is een zeer strenge eis. Deze spanningswisseling wordt al
vrij snel gehaald bij economisch gewapende bedrijfsvloeren op
palen (zie voorbeeld).
Voorbeeld
Als voorbeeld wordt een bedrijfsvloer beschouwd van
250 mm dik op palen Ø300 mm in een raster van 3 × 3 m
2.
In de vloer is onder en boven een wapeningsnet
Ø10-100 toegepast. Er is een 3D-berekening gemaakt van de
vloer met alleen eigen gewicht en een berekening van de vloer
met eigen gewicht en een rijdende heftruck op een expeditie -
strook. Het verschil in staalspanning tussen deze twee belastings-
gevallen is bepalend voor de vermoeiingssterkte van de
bedrijfsvloer.
Het feit dat deze expeditiestrook in de toekomst op allerlei
plaatsen kan liggen, maakt dat deze controle voor de gehele
vloer zal gelden.
Er worden 300 heftruckbewegingen per dag verwacht in de
expeditiezone (voorzichtig geschat; bij een gemiddeld maga-
zijn geldt het dubbele). Dat zijn 5 miljoen (0,5 ? 10
7) bewegin-
gen tijdens de levensduur van de vloer. Met figuur 1 (let op,
een dubbele logaritmische schaal) komt de maximale span-
ningswisseling in wapeningsnetten in dit geval uit op
73,7 MPa.
Toelichting: 0,5 · 10
7 is 6,7 op de log-schaal, 10 7 is 7 op de log-
schaal. De k
1-helling van 3:1 levert de spanningswissel op.
Met de Palmgren-Miner-regel in de hand en met de toelichting
dat niet elke heftruck volbeladen zal zijn, is er nog iets winst te
behalen maar veel is dat niet.
ir. André Verschoor
Reijneveld Engineering
1
Vorm van de karakteristieke vermoeiings-
sterktecurve (S-N-curven voor beton- en
voorspanstaal) (figuur 6.30 uit Eurocode 2)
De vermoeiingseisen aan wapening uit Eurocode 2
zijn bijzonder streng. Dat geldt vooral voor gelaste
staven en wapeningsnetten. In Nederland wordt
daar echter, bij bijvoorbeeld bedrijfsvloeren, helemaal
nog geen rekening mee gehouden. De Duitse praktijk
blijkt veel strenger.
Tabel 1 Tabel 6.3N uit NEN-EN 1992-1-1+C2:2011
type wapening N*spanningsexponent ?? Rsk (MPa)
k
1 k2 bij N* wisselingen
rechte en gebogen staven 1 10 6 59162,5
gelaste staven en wapeningsnetten 10 7 3558,5
koppelingen 10 7 3535
Waarden voor ??
Rsk zijn die voor rechte staven. Waarden voor gebogen staven behoren te zijn v
erkregen door gebruikmaking van een reductiefactor ? = 0,35 + 0,026D/?. waarin D de
doorndiameter is en ? de staafdiameter.
1
Eisen aan vermoeiing wapening te streng? 4 2017
40
E
D
F
G
H
I
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
E
D
F
G
H
I
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2 3D-berekening vloer en spanningen wapeningsstaal:
(a) veldmoment bij passerende heftruck -20 kNm/m is
bij deze wapening een spanningswissel van 142 Mpa;
(b) veldmoment bij eigen gewicht -6 kNm/m
ongeveer 135 MPa. Dat is dus de spanningswissel die in reke-
ning zou moeten worden gebracht en is veel groter dan de
maximale spanningswissel in het kader van vermoeiing.
Duitse beoordeling
In NEN 6008:2008 (Betonstaal) wordt als maximale span-
ningswisseling in gepuntlaste wapeningsnetten 100 MPa
genoemd. Deze eis heeft de Eurocode blijkbaar niet gehaald.
De staalspanning bij een volbelaste vloer (gekozen is voor
30 kN/m
2) is ook gecontroleerd en blijft onder de sterkte en
scheurwijdte-eisen. Eventueel extra aanwezige wapening ten
behoeve van voorkoming van krimpscheuren is buiten
beschouwing gelaten.
De resultaten van de 3D-berekening zijn te zien in figuur 2a en
2b. Het spanningsverschil in het wapeningsstaal tussen alleen
eigen gewicht en eigen gewicht met een heftruck bedraagt
2b
2a
Eisen aan vermoeiing wapening te streng? 4 2017
41
is echter nog niet doorgevoerd, ook niet in de nieuwe
NEN-EN-1992-1-1+C2-2011-NB_2016. Daarmee is tabel 6.3N
nog steeds van kracht.
Verder is er nog de fib Model Code 2010, het document dat
wordt uitgebracht door fib en dat richting geeft aan de ontwik-
keling van nieuwe internationale normen als de Eurocodes.
Deze Model Code wordt door sommige grotere ingenieurs-
bureaus gehanteerd in het kader van gelijkwaardigheid, maar
wordt nog niet door alle bouw- en woningtoezichten geaccep-
teerd. In deze richtlijn wordt voor deze vermoeiingsvraag geen
expliciete normwaarde gegeven. Er wordt vooral aanbevolen
grootschalige testen uit te voeren.
Terug in de tijd?
Zoals uit het voorbeeld blijkt, kunnen de huidige zware
vermoeiingseisen betekenen dat de keuze voor wapeningsnetten
voor bedrijfsvloeren afvalt en dat dit type vloer met de hand
moet worden gevlochten. Arbotechnisch en economisch zou
dat een flinke stap terug zijn in de tijd. Dit terwijl allerlei
onderzoeken erop wijzen dat de moderne gepuntlaste wapenings-
netten een veel hogere vermoeiingssterkte hebben dan nu in de
norm is opgenomen.
?
?
REFERENTIES
1 NEN-EN 1992-1-1+C2:2011/NB:2011, Nationale bijlage bij NEN-EN
1992-1-1+C2 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstruc-
ties - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen, NEN, 2011.
2 NEN 6008:2008 Betonstaal, NEN, 2008.
3 Wittemann, K., Nachweis gegen Ermüdung gemäß DIN EN 1992-1-1
Abschnitt 6.8, Tech-News 2013/03.
4 Rapport IPC project Vermoeiing Betonstaal, Werkgroep RBW/VWN/
RWS, januari 2014.
5 Theo Breedijk, die eerder in Cement 2009/2 het artikel 'Lassen en
vermoeiing'
6 NEN-EN 1992-1-1+C2:2011/NB:2016, Nationale bijlage bij NEN-EN
1992-1-1+C2 Eurocode 2: Ontwerp en berekening van betonconstruc-
ties - Deel 1-1: Algemene regels en regels voor gebouwen, NEN, 2016.
7 fib Model Code for Concrete Structures 2010, Ernst & Sohn, oktober
2013.
Ter vergelijking wordt ook de situatie in Duitsland toegelicht.
DIN 1045-1 uit 2008 geeft voor bouwstaalnetten met N *= 10
7
wisselingen een waarde van 54 MPa voor de maximale span-
ningswisseling (inclusief veiligheid 47 MPa). Het lijkt erop dat
de Eurocode beton zich dus vooral heeft gericht op de Duitse
uitgangspunten.
De Duitse constructeurs, aangestuurd door diverse Prüfingeni-
eure, hebben een praktijkrichtlijn tegen vermoeiing rondge-
stuurd, aanvullend op hoofdstuk 6.8 van de DIN EN 1992-1-1.
Deze is voor de toepassing van wapeningsnetten (matten) nog
ongunstiger.
In de Tech-News nr. 2013/03 van de Prüfingenieur Dr.-Ing.
Wittemann staat een 'Nachweis gegen Ermüdung gemäß DIN
EN 1992-1-1 Abschnitt 6.8'. Hierin staat zelfs een grenswaarde
voor de spanningswisseling van wapeningsmatten van 30 MPa.
Toekomst
In januari 2014 heeft een werkgroep van RBW, VWN en Rijks-
waterstaat een onderzoek gepubliceerd getiteld 'IPC project
Vermoeiing Betonstaal'. Er zijn hierbij 700 vermoeiingsproeven
uitgevoerd. Op basis van dit onderzoek wordt voorgesteld om
voor kleinere diameters in netten (? Ø12 mm) een aanzienlijk
hogere maximale spanningswisseling aan te houden dan de
huidige 58,5 MPa. Tevens wordt in dit onderzoek voorgesteld
om dit snel in de nationale bijlage van Eurocode 2 te corrige-
ren. Theo Breedijk, die eerder in Cement 2009/2 het artikel
'Lassen en vermoeiing' heeft gepubliceerd, heeft een nieuw
Cement -artikel in voorbereiding om deze aanbevelingen toe te
lichten (zie kader 'Aanpassing nationale bijlage'). Een wijziging
Aanpassing nationale bijlage
Binnenkort verschijnt een artikel in Cement van Theo Breedijk waarin een
voorstel wordt toegelicht om voor kleinere diameters in netten (? Ø12 mm) een
aanzienlijk hogere maximale spanningswisseling aan te houden dan de huidige
58,5 MPa. Tevens wordt voorgesteld om dit snel in de nationale bijlage van
Eurocode 2 te corrigeren.
Reacties