foto I. overzichtDe nieuwe cementsilo'sin voorgespannen beton van de CEMIJ te IJmuidendoor ir. W. van Someren c.i.I. InleidingHet cementverbruik in Nederland is na de oorlog sterk toege-nomen1) en daarmee samengaande is ook de productiecapaciteitvan de beide Nederlandse cementfabrieken vergroot.Als laatste fase van de verbeteringen en uitbreidingen van decementfabriek te IJmuiden, waardoor de productie thans 300 000ton per jaar bedraagt, zijn 4 nieuwe cementsilo's gebouwd (foto I),zodat de beschikbare silo-inhoud nu is verdubbeld.Deze nieuwe silo's werden niet alleen gebouwd om een grotereopslag voor cement te verkrijgen (thans in totaal 12 000 ton),maar ook om te voldoen aan het streven naar verbetering van dekwaliteit van het cement. Immers de samenstelling van de grond-stoffen, waaruit het cement wordt vervaardigd, wisselt steeds,zij het binnen zeer beperkte grenzen. Om desondanks cementmet een constante samenstelling te kunnen afleveren, is het ge-wenst dit cement van te voren te mengen, hetgeen wordt be-reikt door het cement uit verschillende silo's in een anderesamen te brengen en bovendien uit verschillende gemengde silo'stegelijk af te tappen voor verpakking of afvoer in massa. Hetspreekt vanzelf, dat een groter aantal silo's meer mogelijkhedentot menging biedt, hetgeen het product ten goede komt.Er bestaat nog een andere mogelijkheid van menging, waarop nog naderwordt teruggekomen bij de behandeling van de eisen, die aan de nieuwesilo's werden gesteld.Vermeldenswaard en van direct belang voor de constructie is dewijze van cement lossen, die bij de nieuwe silobatterij wordt toe-gepast. Was het vroeger gebruikelijk het cement te lossen doorover de bodem van de silo lopende sleepkettingen, thans wordtmeer en meer overgegaan tot de pneumatische aftap.Verspreid over het gehele oppervlak van de silobodem wordendaartoe platen aangebracht van poreuze steen, die door middelvan leidingen verbonden zijn met een compressor. In de bodemkomen 2 of 3 goten, ook voorzien van poreuze platen, die ondereen kleine helling naar de aftapventielen lopen; het overige deelvan de bodem helt naar deze goten. Wanneer nu lucht, door deplaten fijn verdeeld, onder in de cementmassa wordt geblazen,gaat het cement zich als een vloeistof gedragen en stroomt, naopening van de ventielen, uit door de goten in de transport-leiding. Het voordeel van deze methode is, behalve de zeer geringeslijtage, dat het uitstromende cement afkomstig is van het geheleoppervlak van de bodem, terwijl het bij de vroeger gevolgde') Zie o.a. ,,Cement" 4 (1952) Nr 15-16, blz. 260.Cement 5 (1953) Nr 5-6methode niet uitgesloten was, dat een kortsluiting ontstondtussen het boven ingevoerde en het door de ketting uitgevoerdecement langs een of meer verticale in de cementmassa gevormde,,pijpen".II. Gestelde eisenDe 4 nieuwe silo's zijn in een rij naast de 5 bestaande silo's ge-plaatst en wel op zodanige afstand daarvan, dat de ruimte tussende beide silogroepen benut kan worden als zakkenopslag, waar-voor slechts een overkapping en een aantal vloeren behoefden teworden gebouwd met afsluitende wanden tussen de silo's onder-ling.*De beschikbare ruimte liet niet toe, weer 5 silo's te bouwen, zo-dat er thans 4 zijn gezet met een grotere diameter en met totaalnagenoeg dezelfde inhoud.De hoogte is gelijk gehouden aan die van de bestaande silo's, ca21 m gemiddeld; dit in verband met de aanvoer van het cement.Van groot belang voor de constructie van de silo's was het te ver-wachten effect van de pneumatische aftap op de druk van hetcement op de silowanden. Onder de normale omstandigheden kanbij een silo van deze afmetingen worden gerekend op een belang-rijke reductie van de wanddruk door de silowerking. Zoals be-kend, loopt de wanddruk van bovenaf bij een gevulde niet al tewijde silo slechts over een beperkte hoogte op, om daarna nage-noeg constant te blijven. Wanneer echter van de bodem uit luchtwordt ingeblazen en deze lucht, fijn verdeeld, in het uiterstegeval tot boven in de silo opstijgt, krijgt men een cementlucht-massa, die op de wand een hydrostatische druk uitoefent. Doordatde onderlinge wrijving tussen de cementdeeltjes en ook de wrij-ving tussen de cement-luchtmassa en de wand wordt opgeheven,gaat de silowerking geheel verloren.Uit ingewonnen inlichtingen bij die industrie?n en bureaux inhet buitenland, die in de laatste jaren silo's hebben gebouwd ofontworpen met pneumatische aftap, bleek dat de meningen overhet effect daarvan op de wanddruk zeer sterk uiteenlopen. Waar-nemingen waren tot nog toe nergens gedaan, zodat alle meningenop veronderstellingen berusten. De verwachtingen vari?erdentussen een volledige silowerking en een volledige hydrostatischedruk.Een keuze op grond van de ontvangen gegevens was dus nietmogelijk.Inmiddels was echter de gedachte gerezen om in de toekomst65over te gaan tot een systeem van menging van cement inde silo's,waarbij gebruik wordt gemaakt van de poreuze platen in de bo-dem, nog aangevuld met soortgelijke platen langs het onderstedeel van de wanden. Door via slechts ??n quadrant van de cirkel-vormige bodem met bijbehorende wandgedeelte lucht ondergrote druk in te blazen (zonder aftap) ontstaat een opwaartsestroom in het cement boven dat quadrant en een neerwaartsestroom in het overige deel van de silo.Door de stroming wordt het cement intensief gemengd. Onderdeze omstandigheden zal de hydrostatische druk zeker dichtworden benaderd of zelfs worden bereikt.Op grond van het bovenstaande en de verkregen inlichtingen istenslotte bij deze silo's uitgegaan van een hydrostatische drukver-deling met een volumegewicht van 1,1 van de silo-inhoud.In verband met het belang van dit probleem werd in het kadervan het experimenteel betononderzoek een onderzoekingscom-missie ingesteld met steun van het Fonds voor ExperimenteelBetononderzoek (Febo). Deze Commissie zal trachten antwoordte geven op de vraag, hoe de druk zich langs de wand verdeelt bijpneumatische aftap en zij zal daartoe metingen verrichten aan eenvan de nieuwe silo's.Eveneens van groot belang bij de berekening van de constructiewas de gestelde eis van een temperatuurovergang door de wandvan 100 ?C. Het cement wordt nl. bij een hoge temperatuur in desilo gebracht, vari?rend tussen 80 ?C en 90 ?C. Bij gelijktijdigevorst van 20?C ? 10?C treedt dus een temperatuurverschil op van100?C.Bij bestaande silo's werd dikwijls hinder ondervonden van scheur-tjes in de wand, waardoor vocht kon binnendringen. Bij dezevochtige plekken kleefde het cement aan de wand en verhardde.Na verloop van tijd ontstonden dusdanige aangroeiingen, dat dezeverwijderd moesten worden. De doorvloeiing van cement vanboven naar beneden werd belemmerd en de nuttige inhoud vande silo verminderde. Ter voorkoming van deze moeilijkhedenwerd de eis gesteld, dat de silo's scheurvrij moesten zijn.III. Keuze van uitvoering in voorgespannen betonDe krachten, waaraan de silo's worden onderworpen, zijn eengevolg van de cementvulling en de temperatuurovergang. Decementvulling oefent een van boven naar beneden constant toe-nemende drukkracht uit op de silowand, welke in het algemeenlangs de cirkelvormige omtrek van de silo even groot is. Hierdoorontstaat in de silowand een trekkracht, horizontaal gericht, waar-Hieruit volgt al dadelijk, dat --uitgaande van de hydrostatischedrukverdeling-- niet alleen de diameter maar evenzeer de hoogtevan de silo van groot belang is; dit laatste in tegenstelling tot eensilo, waarbij op silowerking mag worden gerekend (zie tek. I).tek. IWil men nu bij een uitvoering de spanningen laag houden (scheur-vrijheid), dan zal men een grote wanddikte kiezen. Daarbij komtmen echter in conflict met het grote temperatuurverschil, dat inde wand optreedt. Hoe dikker nl. de wand, des te groter despanningen door het verschil in temperatuur aan de binnen- en debuitenzijde.Bij het bepalen van de wanddikte zal men dus moeten strevennaar een compromis. Bij de gegeven afmetingen van de silo's washet niet mogelijk een compromis te vinden, waarbij de trekspan-ningen in het beton zo laag blijven dat verwacht mag worden, datdoorgaande scheuren zullen uitblijven. De toestand, waarbij wel-iswaar scheurtjes aan de buitenzijde ontstaan, maar slechts zeerondiep doordat de neutrale lijn dicht bij de buitenkant ligt, zounog toelaatbaar zijn, hoewel deze toestand hoge drukspanningenaan de binnenzijde met zich meebrengt. Een compromis in dezerichting kon echter evenmin worden bereikt.Dat na deze onderzoekingen de gedachten uitgingen naar eenontwerp in voorgespannen beton ligt voor de hand. Immershierbij kan men een zodanige drukspanning door voorspannen inhet beton aanbrengen, dat op geen enkel punt van de doorsnededeze drukspanning, door de ringtrekspanning en de trekspanningopgewekt door het temperatuurverschil, wordt opgeheven.Wanneer men een geringe trekspanning toelaat, kan het aantalkabels daardoor nog enigszins worden gereduceerd. Vooruit-lopende op de berekening zij vermeld, dat de wand zo dun ge-maakt kan worden, dat andere factoren een verdere verminde-ring van de dikte tegenhouden (betondekking, waterdichtheidvan de wand).De hierboven genoemde overwegingen hebben ertoe geleid, dataan de aannemer (Hollandsche Beton Mij) een ontwerp in voor-gespannen beton werd gevraagd. Door de aannemer werd eenplan ingediend, gebaseerd op adviezen van de N.V. Ibis en hetDeense Ingenieursbureau Ostenfeld en Jonson, dat geheel werdaanvaard.IV. Beschrijving van het ontwerpDe 4 nieuwe silo's staan op een gezamenlijke fundatieplaat en zijnboven onderling gekoppeld door een over de silo's doorgaandedakplaat (tek. 2). De wanden van de silo's zijn geheel vrij van el-tek. 2kaar gehouden, zodat deze onder invloed van de vulling en dedaarmee samenhangende temperatuurverhoging geheel vrijkunnen werken. Door van de dakplaat als doorgaande koppelinggebruik te maken, wordt voorkomen dat de boveneinden van desilo's t.o.v. elkaar verplaatsen als gevolg van een ongelijkmatigebelasting van de fundatieplaat.Bij het bepalen van de wijze van voorspannen werd het zgn. wik-kelsysteem niet in overweging genomen, daar een afdoende be-scherming tegen de uitermate corrosieve omgeving te kostbaarzou worden. Veel meer nog dan elders in de kuststrook is op hetHoogoventerrein grote waakzaamheid in dit opzicht geboden.Besloten werd daarom de draden tot kabels te verenigen en in debekende kokers van dun blik in te storten in de wand, waardooreen flinke betondekking ontstond.Bij de berekeningen kan van verschillende wanddikten wordenuitgegaan, zoals in dit geval werd gedaan voor d = 20 cm, d = 18cm en d = 15 cm. Hierbij bleek, dat behalve de betonhoeveel-heden ook de benodigde hoeveelheden hoogwaardig staal onge-veer evenredig met de wanddikten afnemen. Ondanks de moge-lijke besparing is toch een wanddikte van 20 cm aangehouden methet oog op de betondekking, de waterdichtheid en het stortenvan het beton.Bij de statische berekening bepaalt men allereerst de door decementvulling in de wand opgewekte spanningen. Zoals reedsvermeld, is uitgegaan van een hydrostatische drukverdeling, waar-bij de cementmassa een volumegewicht van 1,1 heeft. Behalve bijde bodem en de dakplaat, waar de wanden zijn ingeklemd, ont-staan hierdoor slechts horizontaal werkende normaalspanningen,die met behulp van de ketelformule snel zijn te bepalen. Het in-klemmingsmoment aan de top is zeer gering en wordt verwaar-loosd, maar het inklemmingsmoment aan de bodem is zodanig vanbelang, dat dit nauwkeurig moet worden berekend. Op een hoog-te van 3 m boven de inklemming is dit moment uitgewerkt.Zie voor de berekening van dit inklemmingsmoment o.a. ,,De berekeningvan cylindrische waterreservoirs" door Ir J. P. Mazure, De Ingenieur 1928.blz. 131 en ,,Over de krachtsverdeling inde wand van een cylindervormigwaterreservoir mee constante wanddikte", De Ingenieur in Ned. Indi? 1937,Nr 5 en ,,Beams on elastic foundation" van M. Het?nyi.66 Cement 5 (1953) Nr 5-6Vervolgens worden de spanningen bepaald, die door het tempe-ratuurvervol van 100?C in de wand ontstaan.In de wand zelf is het verval slechts 32,5?C (tek. 3) en de hierdooropgewekte spanning bedraagtwaarin: = de uiczetcingsco?fficient van beton en = de contraccieco?fficientDe grootste spanning bedraagt 390 t/m2; trek aan de buitenkanten druk aan de binnenkant.Uit de formule blijkt, dat de spanningen recht evenredig met hettek. 3temperatuurverval zijn; dus grotere spanningen naarmate dewand dikker wordt. Deze spanningen komen over de gehelehoogte voor en hebben een waarde, die de belangrijke invloedvan temperatuurspanningen onderstreept. Volledigheidshalve zijer op gewezen, dat een temperatuurverval door de wand op zichzelf geen diameterverandering tengevolge heeft en dus ook geeninklemmingsmomenten. Deze ontstaan alleen door een verschilin temperatuur tussen de wand en de fundatieplaat resp. dak-plaat. Soortgelijke momenten ontstaan bij de inklemming inonder- en bovenplaat ook door de krimp. De wanden werdennamelijk gestort na de fundatieplaat en evenzo de dakplaat na dewanden.Ook verticaal ontstaan momenten tengevolge van het tempera-tuurverval door de wand. Men denke zieh een verticale strookuit de wand gesneden; wordt nu de temperatuur aan de binnen-kant verhoogd en aan de buitenkant verlaagd op zodanige wijze.datde temperatuur in het midden van de wand constant blijft, danzal de strook naar buiten hol uitbuigen zonder langer te worden.Heeft de strook bij inklemming aan de onderzijde boven geensteun (door een dakplaat o.d.), dan zullen ringtrekkrachten dezeuitwaartse bewegingen moeten tegenwerken. Dit geval doet zichvoor bij schoorstenen. Is de strook aan de boven- en onderzijdevolledig ingeklemd, dan wordt hierdoor de verlenging van debinnenste vezels en de verkorting van de buitenste vezels onmo-gelijk gemaakt met als gevolg, dat er over de gehele hoogte vande strook een constant moment en geen ringtrekspanningenontstaan. De grootte van deze spanningen werd reeds berekend.In ons geval was de dakplaat niet stijf genoeg om een volledigeinklemming te verzekeren en zelfs zo slap, dat aan de bovenzijdevan de wand bij de berekening een scharnier is gedacht. Daardoorontstaat een hoekverdraaiing; de denkbeeldige strook wil uit-buigen, maar wordt tegengehouden door de dan optredenderingdrukkrachten. De invloed van deze storing is op ca 3 m onderde dakplaat uitgewerkt.Wanneer de door de cementvulling en de temperatuur opgewektespanningen zijn bepaald, moet de benodigde voorspankracht ende verdeling daarvan worden berekend.Als men, zoals bij dit object, cirkelvormig gebogen kabels moetgaan spannen, rijst vanzelfsprekend allereerst de vraag, hoe dewrijvingsverliezen tot een minimum gereduceerd en de spanningenzo gelijkmatig mogelijk over de omtrek verdeeld kunnen worden.De hier toegepaste oplossing blijkt uit tek. 4. De horizontalekabels omspannen ieder ?ets meer dan de halve omtrek en paars-gewijs de gehele omtrek, leder volgend paar kabels is echter tenopzichte van het voorgaande een kwartslag gedraaid, zodat hetmidden van ??n paar kabels boven de uiteinden van het voor-gaande paar komt te liggen. Op deze wijze wordt bereikt, datde spanning van het ene paar kabels maximaal is (bij de veranke-ring), waar de spanning in het volgende paar minimaal is (in hetmidden van deze kabels), terwijl de som van deze spanningen vantwee opvolgende paren kabels op een willekeurig punt langs deomtrek nagenoeg constant is. De gemiddelde spanning ligt onge-veer 25% lager dan de maximale bij de verankering, zoals uit devolgende berekening blijkt (tek. 5).Uitgangspunt voor deze berekening is de formule:(3)................................... = 0.-.
Reacties