44
Scheurvorming
door krimp
Invloed krimp en kruip op scheurvorming toegelicht aan
de hand van berekening
Scheurvorming door krimp 5 2018
45
Vanwege het verschil in krimp tussen beton en wapening
kunnen krimpspanningen ontstaan, zelfs in een constructie die
vrij kan vervormen. Als een betonconstructie daardoor
scheurt, zal het tweedeorde-effect aanzienlijk toenemen; de
stijfheid van de constructie neemt immers af. Door een herver -
deling van de interne krachten in de constructie kunnen zelfs
in een op druk belaste kolom (foto 1), boog of cilinderschaal
trekspanningen ontstaan, die mede tot scheurvorming kunnen
leiden. In het verleden is dit probleem al onderkend en onder -
zocht. Enkele decennia terug werd een artikel in Cement aan
dit onderwerp gewijd [1], waarin de auteurs meldden dat zelfs
in een droog klimaat krimp niet tot scheurvorming in gewa -
pende en ongewapende constructies leidt. Opmerkelijk, want
in een droog milieu is de relatieve krimpverkorting aanzienlijk,
zodat ook de trekspanning aanzienlijk zal zijn. De auteurs
stelden dat doorgaande microscheurvorming (kruip) ervoor
zorgt dat de volumevermindering van de cementsteen kan
worden opgevangen zonder dat zichtbare scheurvorming
optreedt.
De grootte van de krimpspanning volgt uit een eenvoudige
berekening. Stel dat de vervorming van een constructie volle -
dig wordt verhinderd. Uitgaande van een specifieke vervor -
ming door krimp gelijk aan ?cs = 0,4? en een elasticiteitsmo -
dulus gelijk aan Ec = 30.000 N/mm 2 vinden we een trekspan -
ning: ?t = Ec · ?cs = 30.000 · 0,4 · 10 -3 = 12 N/mm 2. Bij deze trek -
spanning zal een gewapende betonconstructie scheuren. Door
kruip zal deze trekspanning echter lager zijn. In dit artikel
wordt geprobeerd numeriek de grootte van de trekspanningen
te bepalen en de resultaten van de eerdere testen [1] te verkla -
ren.
Berekening van de krimpspanningen
Veronderstel dat een symmetrisch gewapende constructie
belast wordt met een drukkracht N. De verhouding van de elas -
ticiteitsmodulus van het staal ten opzichte van het beton is:
?e = Es/Ec. De wapeningsverhouding van de langswapening
volgt uit: ?l = As/Ac. Krimp en kruip worden beïnvloed door de
tijd. Eerst wordt de onmiddellijke vervorming en vervolgens de
tijdsafhankelijke vervorming beschreven.
Onmiddellijke vervorming
De drukkracht N wordt opgenomen door het beton en het
staal. Net na het aanbrengen van de kracht N op het tijdstip
t = 0, is de kracht werkend op het beton Nc en de normaal -
kracht werkend op de wapening Ns. De verdeling van de belas -
ting volgt uit de vergelijking voor de vervorming. Voor de
centrisch belaste constructie is de specifieke vervorming van
het beton gelijk aan de specifieke vervorming van het staal:
?c = ?s = ?0. Uitgaande van de wet van Hooke volgen de krachten
in de beton- en staaldoorsnede uit: Nc = Ac Ec ?0 en Ns = As Es ?0.
Met ?e = Es/Ec en ?l = As/Ac is de kracht in het staal
Ns = ? e?l AcEc ?0. Voor de specifieke vervorming geldt:
Formules 074
Delta los:
== cs 0cc el cc [1]
NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[1]
De kracht in het staal is dan Ns = ?e?l Nc. De som van deze
krachten is gelijk aan de belasting: Nc + Ns = N. Substitueer
vervolgens Ns in de vergelijking voor het krachtenevenwicht:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 N AE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[2]
Substitutie van vergelijking [2] in [1] geeft een vergelijking
voor het bepalen van ?0:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[3]
Vervolgens kunnen we de spanningen in het beton en staal
berekenen met ?c = Ec?0 en ?s = Es?0.
Tijdsafhankelijke vervorming
Door krimp en kruip neemt de specifieke vervorming toe met
??. Op het tijdstip t is de specifieke vervorming gelijk aan:
?t = ?0 + ? ?. Door kruip zal de vervorming toenemen met ?t ?0.
Door krimp zal het element verkorten met ?cs. De totale vervor -
ming is: ?0 + ?0 ?t + ?cs. De wapening en het beton zijn goed met
elkaar verbonden. Door de krimp en de kruip zal de drukspan -
ning in het beton verminderen en de drukspanning in het staal
toenemen. Om deze spanningsverandering te bepalen, belasten
we het beton en het staal met een interne kracht respectievelijk
Fct en Fst. De interne krachten zijn in evenwicht:
In constructieberekeningen wordt het effect van het
krimpen van beton op het optreden van scheurvor -
ming vaak verwaarloosd, zeker als de constructie
vrij kan vervormen. Echter, staal krimpt niet en de
wapening zal de krimpverkorting van beton gedeel -
telijk belemmeren. Wat de precieze invloed is van
krimp en kruip op scheurvorming in een gewapende
betonconstructie wordt in dit artikel toegelicht aan
de hand van een berekening.
dr.ir. Wim Kamerling
TU Delft, fac. Bouwkunde
Scheurvorming door krimp 5 2018
46
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
[10]
De interne krachten zijn in evenwicht, de vervormingen van
het beton en staal zijn gelijk: Fc? = Fs?. Gelijkstelling van de
vergelijking [9] en [10] geeft:
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c 0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] ) FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
\
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c 0 0 cs 0 c c e l c c
1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
[11]
Vervolgens volgt de interne kracht F? uit:
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ = ++
0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
[12]
Het beton wordt op trek belast als de interne kracht Fc? groter
is dan de kracht Nc.
Experiment
Om het effect van de krimp te beschrijven, werden destijds vier
elementen gemaakt met een doorsnede van 70 × 70 mm 2 [1].
Proefstuk 1 en 3 waren ongewapend. Proefstuk 2 en 4 waren
gewapend met 4 Ø6, As = 113 mm 2, ?l = 113/702 = 0,023.
Proefstuk 1 en 2 konden vrij vervormen. De vervorming van
proefstuk 3 en 4 werd belemmerd door de uiteinden te
bevestigen aan een HEA200, As = 5383 mm 2. Het beton werd
vervaardigd met 370 kg hoogovencement, een water-cement -
factor van 0,5 en een maximale korrelgrootte van 8 mm.
Na 14 dagen werd de bekisting verwijderd. De temperatuur in
het laboratorium varieerde respectievelijk van T = 20 °C tot
T = -23 °C. De relatieve vochtigheid varieerde van 40 tot 60%.
De proefstukken worden niet belast met een externe druk -
kracht, dus N = 0.
Na 180 dagen was de specifieke verkorting voor proefstuk 1, 2,
3 en 4 respectievelijk ?1 = 0,38? , ?2 = 0,26? , ?3 = 0,07? en
?4 = 0,13?. Voor het gegeven mengsel is de druksterkte
bepaald [4], fck = 41 N/mm 2. Uitgaande van een sterkteklasse
C30/37 is de elasticiteitsmodulus gelijk aan Ec = 33.000 N/mm 2,
?e = Es/Ec = 200.000/33.000 = 6,06, ?e?l = 0,14. De onder- en
bovengrens van de treksterkte is respectievelijk:
0,05 fctk = 2 N/mm 2 en 0,95 fctk = 3,8 N/mm 2 [3]. Uitgaande
van deze gegevens kunnen we de resultaten met de eerder
beschreven formules analyseren.
De krimp van proefstuk 1 werd niet belemmerd. De specifieke
vervorming door de krimp van de proefstukken is gelijk aan de
gemeten vervorming: ?cs = 0,38?.
?Fi = 0 en Fct = Fst. De interne krachten zijn niet constant maar
nemen met de tijd toe. Door kruip zal de vervorming door de
interne kracht Fct veranderen. Op het tijdstip t1 is de specifiek
vervorming van het beton:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[4]
De vervorming van het staal is:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[5]
De vervorming van het staal is gelijk aan de vervorming van
het beton, gelijkstellen van vergelijking [4] en [5] geeft:
[6]
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+
=+ +
ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
In een tijdsinterval ?t is de verandering van specifieke vervor -
ming ?? door de toename van de krimp en kruip en de in de
tijd veranderende interne kracht gelijk aan:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[7]
Met een numeriek programma kan men de tijdsafhankelijke
vervormingen per interval ? t beschrijven en de veranderende
spanningen berekenen. In de praktijk zullen we vooral geïnte -
resseerd zijn in de eindsituatie als de krimp en kruip de maxi -
male waarde bereiken.
Eindsituatie
Om de interne kracht Fct te berekenen in de eindsituatie
vereenvoudigen we de vergelijking van de vervorming [6] in:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8 \5
F AE
F k
F
AE AE
( ) []
+
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k
AE
[8]
De factor k is in deze vergelijking een reductiecoëfficiënt
waarmee het effect van de verandering van de interne kracht in
de loop van de tijd wordt uitgedrukt. Scherpbier toonde aan
dat deze factor bij benadering gelijk is aan 0,5 [2].
Voor het beton is de totale specifieke vervorming, voor t = ? ,
dan gelijk aan:
Formules 074
Delta los:
== cs
0
cc el cc [1] NN
AE AE
[] =+ c c el 0 1 ( ) 2 NAE
[] = +0
c c el 3 1
() N
AE
[] =+ + + ct1 t1
t1 0 0 t1 cs
cc ? ( 4 1) F
AE
[] =+ ct1
t1 0
e1 c c 5 F
AE
[]
=+ =+ + ct1
t1 0
e1 c c
ct1 t1
ct1
0 cs 0 t1
cc cc
? \f
F
AE
F
F
AE AE
[] =+ ct1 t1
ct1
t1 cs 0 t1
cc cc 7 F
F
AE AE
[]
=+ =+ + ct
t0
el c c
ct t
ct
0 0 t cs
cc cc
? \5 8
\5
F
AE
F k
F
AE AE
( ) [] +
=+ + c
0 0 cs cc 1 9
F k AE
[9]
Voor de wapening is de specifieke vervorming gelijk aan:
Scheurvorming door krimp 5 2018
47
?s = ?4 = 0,13?. Hieruit volgt dat de interne kracht in de wape -
ning gelijk is aan F = 2938 N. De vervorming door de krimp is
gelijk aan de vervorming van de wapening plus de vervorming
van het beton. De trekspanning in het beton volgt uit vergelij -
king [15]. Substitutie in [15] geeft:
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
De trekspanning in het beton, ?ct = 2,5 N/mm 2, is kleiner dan
de bovengrens voor de treksterkte. Bij deze spanning is het
goed mogelijk dat de constructie niet scheurt. Het profiel wordt
belast door de kracht in het beton minus de drukkracht in de
wapening, F = 12.250 ? 2938 N, ?s = 1,7 N/mm 2 en
?s = 0,009?. De vervorming van het profiel is uiterst gering.
Conclusies
De analyse toont dat een gewapende of ongewapende beton -
constructie mogelijk niet scheurt door krimp. Dit betekent
echter niet dat de krimp geen effect heeft. In een op buiging
belaste gewapende constructie zullen de trekspanningen
kunnen toenemen door krimp, zodat ook de kans op scheur -
vorming toeneemt en de stijfheid afneemt. Voor onder meer
slanke kolommen, bogen en cilinderschalen kan afname van de
stijfheid leiden tot een aanzienlijke afname van de knikkracht
en een forse toename van het tweedeorde-effect. Voor deze
constructies moet, conform Eurocode 2 artikel 2.3.2.2 (2) [5]
voor het bepalen van de stijfheid tevens met het effect van
krimp en kruip rekening worden gehouden, zelfs als de opleg -
gingen de krimpvervorming niet verhinderen. ?
De krimp van proefstuk 2 wordt belemmerd door de wapening.
De specifieke vervorming van het staal is gelijk aan de gecon -
stateerde specifieke vervorming; ?s = ?2 = 0,26? . Hieruit volgt
dat de interne drukkracht in het staal gelijk is aan Fs = 5876 N.
Tevens wordt het beton belast met een trekkracht Fc = 5876 N,
de trekspanning is dan gelijk aan ?ctc = 1,2 N/mm 2.
De vervorming door de krimp is gelijk aan de vervorming van
de wapening vermeerderd met de vervorming van het beton:
[13]
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
Substitutie geeft het effect van de kruip k · ??:
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1 0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
[14]
De factor k kan volgens Scherpbier [2] worden benaderd met
k = 0,5. Uitgaande van k = 0,5 wordt voor de kruipcoëfficiënt
gevonden ?? = 4,6. Met een numeriek model kan de factor k
nauwkeuriger worden bepaald. De factor k is dan vaak iets
groter dan ½, de kruipcoëfficiënt is dan iets lager. Voor bijvoor -
beeld k = 0,58 wordt gevonden ? = 4.
De krimp van proefstuk 3 wordt belemmerd door het staalpro -
fiel. Bij een volledige belemmering zou de specifieke vervor -
ming nihil moeten zijn. De vervorming wordt veroorzaakt
door de vormverandering van het profiel en de slip van de
ankers waarmee het proefstuk aan het profiel is verbonden. De
vervorming van het profiel is zeer klein. De vervorming van
het beton is dan gelijk aan de vervorming door krimp minus de
vervorming door de slip van de ankers:
[15]
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1 ( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
Substitutie geeft:
[]
=+ c
0
el c c 10 F
AE
+ + + =+ c c
0 0 cs 0
c c e l c c 1 ( [11] )
FF
k
AE AE
+ =++ 0 cs e l
c
c c el
[12] 1 1
()
( )
F
AE
k
( ) [] +
+
= c
cs s
cc 1
13 F k
AE
+ =+
= 5876 1
0, 38\f 0, 26\f
4900 33.000
2, 3
[ ]
(
)
14
k
k
[] + = c
cs s
cc 1
( ) 15 F k
AE
Uitslag formule hierboven
( )
+
=
=
=
c
c
2
c\b c 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0, 07\f 33.000
3,1 N / mm 15 e .190 Nn F
A
F
Hierna de formule
( )
+ =+
==
c
2
c c\b 1 ½ 4, 6 0, 38\f 0,13\f 4900 33.000
12.250 N en 2, 5 / mm F
F
Het profiel wordt belast door de kracht in het beton,
Fc? = 15.190 N ?s = 2,8 N/mm 2 en ?s = 0,014?. De vervorming
van het profiel is dus zeer gering. De trekspanning in het beton
valt binnen de onder- en bovengrens voor de treksterkte. Voor
de berekende trekspanning is het zeer goed mogelijk dat de
constructie niet scheurt.
De krimp van proefstuk 4 wordt belemmerd door het profiel en
de wapening. De specifieke vervorming van de wapening is
gelijk aan de geconstateerde specifieke vervorming
? LITERATUUR
1
Bakker, R.F.M. en Sitter, W.R. de, Leidt krimp tot
scheurvorming?, Cement 1993/6, p. 26-28.
2
Scherpbier, G.: De invloed van het krimpen en
kruipen van het beton op samengestelde
constructies, PhD Thesis, TU Delft, Delft 1965.
3
Braam, C.R.: Compendium Eurocode 2, 1th edition,
Cement&BetonCentrum, 's Hertogenbosch, 2008.
4
Verver, M.W. et al; Bouwen in Gewapend beton, 17e
druk, Delta Press bv, Overberg (gem.
Amerongen)1989.
5
NEN-EN 1992-1-1, Eurocode 2: ontwerp en
berekening van betonconstructies ? Deel 1.1:
Algemene regels en regels voor gebouwen.
Scheurvorming door krimp 5 2018
Vanwege het verschil in krimp tussen beton en wapening kunnen krimpspanningen ontstaan, zelfs in een constructie die vrij kan vervormen. Als een betonconstructie daardoor scheurt, zal het tweedeorde-effect aanzienlijk toenemen; de stijfheid van de constructie neemt immers af. Door een herverdeling van de interne krachten in de constructie kunnen zelfs in een op druk belaste kolom (foto 1), boog of cilinderschaal trekspanningen ontstaan, die mede tot scheurvorming kunnen leiden. In het verleden is dit probleem al onderkend en onderzocht. Enkele decennia terug werd een artikel in Cement aan dit onderwerp gewijd [1], waarin de auteurs meldden dat zelfs in een droog klimaat krimp niet tot scheurvorming in gewapende en ongewapende constructies leidt. Opmerkelijk, want in een droog milieu is de relatieve krimpverkorting aanzienlijk, zodat ook de trekspanning aanzienlijk zal zijn. De auteurs stelden dat doorgaande microscheurvorming (kruip) ervoor zorgt dat de volumevermindering van de cementsteen kan worden opgevangen zonder dat zichtbare scheurvorming optreedt.
De grootte van de krimpspanning volgt uit een eenvoudige berekening. Stel dat de vervorming van een constructie volledig wordt verhinderd. Uitgaande van een specifieke vervorming door krimp gelijk aan = 0,4‰ en een elasticiteitsmodulus gelijk aan = 30.000 N/mm² vinden we een trekspanning: . Bij deze trekspanning zal een gewapende betonconstructie scheuren. Door kruip zal deze trekspanning echter lager zijn. In dit artikel wordt geprobeerd numeriek de grootte van de trekspanningen te bepalen en de resultaten van de eerdere testen [1] te verklaren.
Reacties