Constructieve vezelwapening kan traditionele wapening in beton deels vervangen. Welke vezeltypen kunnen hiervoor worden toegepast? En zijn er voordelen aan het gebruik van vezels bij toepassing funderingsherstel? Tijdens een afstudeeronderzoek aan de Hogeschool van Amsterdam is hier onderzoek naar verricht. Hiervoor is een literatuurstudie uitgevoerd en zijn voor een voorbeeldproject drie verschillende varianten uitgewerkt en vergeleken: traditioneel gewapend, hybride gewapend en grotendeels met staalvezel gewapend beton. Auteur: ing. Tom Godthelp (Student master Structural Design TU/e) ENCI Studieprijs 2014Dit is het derde artikel in een serie met bijdragen van prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2014. De studie die in dit artikel wordt beschreven, ontving de eerste prijs in de categorie Hogescholen. Tom Godthelp is met het onderzoek 'De toepassing van vezelwapening bij traditioneel funderingsherstel' afgestudeerd aan de Hogeschool van Amsterdam.
2
Funderings
herstel met
vezelwapening
1
Literatuur en variantenstudie voor toepassing
vezelwapening bij funderingsherstel
Funderings herstel met vezelwapening 2015
3
Funderingsherstel
Paalfunderingen of een vereenvoudigde versie daarvan werden
in Nederland vanaf de 13e eeuw toegepast. In de 13e eeuw
bestonden ze uit roosters met daarin slieten van elzenhout
(paaltjes die 2 m diep de grond in werden geheid). In de 14e tot
16e eeuw begonnen de funderingen te lijken op de Amsterdamse
paalfundering. De palen (dennen) werden dieper (5-7 m) en op
kleef geheid. Vanaf de 17e eeuw werd de Amsterdamse paal-
fundering toegepast (fig. 2). Bij deze fundering werd op stuit
geheid (heien op de eerste zandlaag).
Door droogstand en/of bacteriële aantasting zijn veel houten
paalfunderingen niet meer goed in staat om belasting over te
dragen op de ondergrond (foto 3 en 4). Daarnaast kan sprake
zijn van toenemende negatieve kleef en verkeert het metsel-
werk soms in slechte staat (verzadigd metselwerk). Dit zorgt
voor zakkingen, wat kan leiden tot scheurvorming en andere
schadebeelden. Verwacht wordt dat deze problemen zullen
optreden bij 200 000 bestaande woningen in Nederland in de
komende twintig jaar. Deze woningen zijn soms monumentaal
en beeldbepalend. Sloop is hier geen optie. De funderingen van
deze woningen moeten worden hersteld; de oude fundering
moet met een nieuwe worden ontlast. Hierbij zijn de volgende
constructies mogelijk:?
de tafelconstructie
? een constructie met randbalken en consoles
? een voorgespannen balkconstructie
? palen in de bouwmuur
? paalkopverlaging
In het afstudeeronderzoek is uitgegaan van de tafelconstructie.
Bij een dergelijke constructie wordt een beganegrond- of
souterrainvloer in het werk gestort (het tafelblad) en aange-
bracht op nieuwe funderingspalen (tafelpoten) (fig. 5). Het
tafelblad vervangt vaak de bestaande vloer. Door het tafelblad
in de bestaande dragende bouwmuur in te kassen, wordt de
belasting vanuit het pand (of panden) overgedragen op de
nieuwe palen. De wapening in de vloer wordt in verband met
beperkte werkruimte en weinig repetitie vaak geheel in het
werk gevlochten. Alleen de kaswapening wordt vaak prefab
aangeleverd. Staalvezelwapening biedt hier een uitkomst.
Staalvezelwapening
Met staalvezelwapening kan een deel van de traditionele wape-
ning in de vloer achterwege blijven. Dit zorgt voor een afname
van arbeidsloon en uitvoeringstijd. Volledige vervanging van
traditionele wapening door staalvezels is niet mogelijk. Als
sprake is van verhinderde krimp moet bijvoorbeeld altijd stan-
daard wapening worden toegevoegd.
De vezels in staalvezelbeton zijn in alle richtingen georiënteerd.
Als een balk gewapend met staalvezels tot vloeien wordt belast,
worden de vezels in principe allemaal ongelijk belast. Dit heeft
tot gevolg dat de eerste vezels breken als de andere vezels het
Constructieve vezelwapening kan traditionele
wapening in beton deels vervangen. Welke vezelty -
pen kunnen hiervoor worden toegepast? En zijn er
voordelen aan het gebruik van vezels bij toepassing
funderingsherstel? Tijdens een afstudeeronderzoek
aan de Hogeschool van Amsterdam is hier onder -
zoek naar verricht [1]. Hiervoor is een literatuurstu-
die uitgevoerd en zijn voor een voorbeeldproject drie
verschillende varianten uitgewerkt en vergeleken:
traditioneel gewapend, hybride gewapend en
grotendeels met staalvezel gewapend beton.
ing. Tom Godthelp
Student master Structural Design TU/e
1)
1 Onderzocht grachtenpand aan de Leidsegracht in
Amsterdam (tweede van links)
1) Tom Godthelp is met het onderzoek 'De toepassing van vezelwapening bij traditio-
neel funderingsherstel' afgestudeerd aan de Hogeschool van Amsterdam, faculteit
Bouwkunde, Constructie. Hij werd daarbij begeleid door ing. P.G. Korse (bouw-
adviesbureau Strackee BV), ing. L.A. Van der Vecht (Hogeschool van Amsterdam)
en ing. A. Hoekstra (NV Bekaert SA). Een link naar het rapport staat op op
www.cementonline.nl.
ENCI Studieprijs 2014
Dit is het derde artikel in een serie met bijdragen
van prijswinnaars van de ENCI Studieprijs 2014.
De studie die in dit artikel wordt beschreven, ontving de eerste
prijs in de categorie Hogescholen. De jury over deze studie: "[?]
Het bijzondere aan de studie is dat de gebruikelijke wapening in
het ondernet volledig is vervangen door staalvezelbeton,
waarmee mede dankzij de inklemming een robuuste hybride
oplossing is gerealiseerd. De student is recht op zijn doel afge
gaan en heeft het ontwerp daarbij op een uitstekende wijze
onderbouwd met berekeningen. De jury is daarnaast zeer te
spreken over de integrale aanpak van deze studie, waarin naast
de constructieve betonaspecten van de vloer, ook aandacht is
besteed aan de paalfundering. De grondmechanische eisen zijn
op een juiste wijze in het ontwerp uitgewerkt. Al met al een
uitstekende studie, waarvan de resultaten direct kunnen worden
toegepast in de praktijk."
Funderings herstel met vezelwapening 2015
4
schuifhout
vloerplaat
kesppaal steens metselwerk
versnijdingen 2
Schets van een Amsterdamse paalfundering vanaf circa 1700
3 Amsterdamse paalfundering in slechte staat
worden toegevoegd. Verhinderde krimp treedt onder andere
op bij stortnaden tussen oud en nieuw beton.
? De eigenschappen van staalvezelbeton zijn niet van toepas-
sing ter plaatse van stortnaden.
? Bij leidingdoorvoeren moet altijd traditionele wapening
worden bijgelegd. Hier zitten geen vezels die nuttig werken.
? De minimale betonsterkteklasse is C30/37. Bij lagere sterkte-
klassen wordt de vezel uit het beton getrokken voordat deze
gaat werken. Deze regel geldt voor de 4D- en 5D-vezelfami-
lies van Dramix.
Uitvoeringsregels
? Vezelbeton kan met een betonpomp en met een kubel
worden gestort.
? De oriëntatierichting van de vezels is loodrecht op de stor -
trichting.
? De minimale consistentieklasse van staalvezelbeton bedraagt
F4 (vloeibaar) of F5 (zeer vloeibaar).
? De meest ideale betonsamenstelling wat betreft grindafme-
tingen is 40-50% D
max 16 mm en 50-60% D max 32 mm. Als het
beton wordt verpompt, is de maximale grindafmeting D
max
16 mm.
? Segregatie van beton kan optreden bij een overmaat aan
natrillen van het beton. Als er geen segregatie optreedt, wordt
de vezeloriëntatie in het beton ook niet verstoord. Staalvezel-
beton kan net als normaal beton worden nagetrild.
? Vanuit kwaliteitsoogpunt verdient het toevoegen van staal-
vezels op de bouwplaats niet de voorkeur. Het inmengen van
staalvezels in het beton geschiedt bij voorkeur met een auto-
matisch doseringssysteem in de centrale menger van de
betoncentrale. Het leveren van gecertificeerd staalvezelbeton
dat mag worden toegepast in de hoofddraagconstructie wordt
hiermee mogelijk.
vloeistadium nog niet hebben bereikt. Dit verschijnsel treedt
op als de vezels dermate goed zijn verankerd dat ze niet kunnen
slippen. Het is de reden dat goed verankerde vezels een lage
effectiviteit kennen. In tegenstelling tot beton, dat is gewapend
met traditionele wapening waarbij de wapening juist wel goed
moet zijn verankerd. Het idee van vezelbeton is dat de staal-
vezels slippen in plaats van breken. Dat slippen treedt op nadat
de toelaatbare betontrekspanning in het beton is overschreden.
In de ongescheurde toestand van staalvezelbeton is dan ook
geen werking van de staalvezels te verwachten. De eigenschap-
pen van staalvezelbeton bij buiging worden met enkele discrete
punten uit de resultaten van een buigproef bepaald.
Staalvezelbeton kan werken als strain hardening en als strain
softening. Dit is geheel afhankelijk van het vezeltype, vezeldose-
ring en betonsterkteklasse. Strain hardening betekent dat staal-
vezelbeton na het overschrijden van de betontreksterkte nog een
kracht kan opnemen die groter is dan de betontreksterkte (f
ctm).
Strain softening houdt in dat staalvezelbeton na het overschrijden
van de betontreksterkte een kracht kan opnemen die lager is dan
de betontreksterkte (fig. 6). De meeste vezels werken als strain
softening. Een relatief nieuw staalvezeltype werkt als strain harde-
ning (Dramix 5D 65/60 BG). In dit onderzoek is uitgegaan van
dit type, omdat het gebruik van traditionele wapening met deze
vezel valt te reduceren.
Ontwerpen met staalvezelbeton
Aan de uitvoering van staalvezelbeton worden op enkele
punten andere eisen gesteld dan aan normaal beton. Hierna
staan de detaillerings- en uitvoeringsregels die gelden voor
staalvezelbeton (fig. 7).
Detailleringsregels
? De minimale ruimte tussen de wapeningsstaven bedraagt
100 mm of 1,5 l
vezel .
? Bij verhinderde krimp moet altijd standaard wapening
2
3
Funderings herstel met vezelwapening 2015
5
4 Amsterdamse paalfundering met gebroken kesp; herstel is noodzakelijk
5 Funderingsherstel met tafelmethode
vezelbeton leveren. Dit gecertificeerde staalvezelbeton is op dit
moment alleen nog leverbaar in Rotterdam maar in de nabije
toekomst ook bij een nieuwe betoncentrale in Amsterdam.
Variantenstudie
Voor de variantenstudie is een funderingsherstel aan de
Leidsegracht in Amsterdam op drie verschillende manieren
uitgewerkt:
? Variant 1: geheel gewapend met traditionele wapening
? Variant 2: hybride gewapend (combinatie van staalvezels met
traditionele wapening)
? Variant 3: hybride gewapend, waarbij zo min mogelijk tradi-
tionele wapening wordt toegepast
De varianten zijn berekend en getekend. Hierna zijn de
verschillen tussen de varianten geanalyseerd met een multi -
criteria- en kostenanalyse. Bij de multicriteria-analyse zijn de
totale kosten, de dikte van de constructie, de totale uitvoe-
ringsduur, de duurzaamheid (levensduur) en het risico op
uitvoeringsfouten via puntentoekenning met elkaar vergele-
ken. Hieruit blijkt dat variant 2 de meest gunstige variant is
(tabel 1).
Regelgeving staalvezelbetonconstructies
De regelgeving die in Nederland beschikbaar is met betrekking
tot staalvezelbetonconstructies is nog zeer beperkt. Wel zijn er
CUR-Aanbevelingen beschikbaar (CUR-Aanbeveling 36 en
111). Deze aanbevelingen zijn echter niet geschikt voor toepas-
sing van staalvezelbeton in hoofddraagconstructies. Dit
vanwege de gehanteerde materiaal- en veiligheidsfactoren in
deze aanbevelingen. De rekenmethoden in CUR-Aanbeveling
111 zijn overigens wel geschikt [2]. Aangezien een funderings-
herstel deel uitmaakt van de hoofddraagconstructie, is bij het
afstudeerproject mede gebruikgemaakt van buitenlandse richt-
lijnen en normen [3]. In Duitsland en Italië is de toepassing
van staalvezelbeton in hoofddraagconstructies namelijk al
breed toegestaan doordat in deze landen geaccepteerde regel-
geving beschikbaar is. In 2012 is een CUR-publicatie [3] uitge-
komen waarin een overzicht van alle beschikbare regelgeving
en richtlijnen uit Nederland en Europa wordt gegeven. Moge-
lijk komt nieuwe regelgeving voor staalvezelbeton uit bij een
herziening van de Eurocode. In Model Code 2010 volume 1 is
hier een voorzet voor gegeven [4].
Gedurende het onderzoek is ook de mogelijkheid onderzocht van
het verlenen van een omgevingsvergunning voor een hybride
gewapend funderingsherstel. De berekening die is gemaakt voor
het hybride gewapend funderingsherstel, is hiertoe ingediend bij
de gemeente Amsterdam (BWT, Stadsdeel Centrum, nu Omge-
vingsdienst Noordzeekanaalgebied). Behoudens enkele opmerkin-
gen heeft zij op de berekening akkoord gegeven. Dit betekent dat
het project in hybride beton zou kunnen worden uitgevoerd. Het
ontbreken van regelgeving voor de uitvoering van een funderings-
herstel in hybride beton, vormt in Amsterdam centrum dus geen
obstakel meer.
Omdat het hybride beton deel uitmaakt van de hoofddraagcon-
structie, moet de desbetreffende betoncentrale gecertificeerd staal-
Tabel 1 Resultaten variantenstudie
variant 1 variant 2variant 3
constructieve gegevens
dikte constructieve vloer 350 mm350 mm650 mm
raming wapening 110,4 kg/m
3 58,4 kg/m 3 8,4 kg/m 3
staalvezels in beton (Dramix 5D 65/60 BG) -35,0 kg/m 3 35,0 kg/m 3
aantal stalen buispalen (ø219) 18 stuks
18 stuks18 stuks
kosten
materiaalkosten ? 3 627? 3 920? 5 782
uitvoeringskosten (materiaal, materieel en manuren) ? 6 159? 6 008? 8 153
4 5
Funderings herstel met vezelwapening 2015
6
geen interactiestaalvezels
oud beton nieuw beton
bijlegwapening
rondom sparingen
stortrichting
min. 100 of 1,5 l vezel
kracht (F)
vervorming CMOD strain hardening
softening
betontreksterkte (f
ctm)
6
Strain hardening en strain softening
7 Uitvoeringsregels staalvezelbeton
Staalvezelbeton is in ontwikkeling. Naarmate de Dramix 5D
vezel meer wordt toegepast in constructies, zal de kostprijs van
de vezel afnemen. Betoncentrales kunnen bij automatisering
ook steeds lagere prijzen gaan rekenen voor het toevoegen van
staalvezels aan het betonmengsel. De kiloprijs van staalvezels
en wapening inclusief arbeidsloon komen dan dichter bij elkaar
in de buurt. Nu is het verschil nog circa ? 1,- per kilo.
Geadviseerd wordt om funderingsherstel uit te voeren in
hybride gewapend beton, indien globaal duidelijk is dat wordt
voldaan aan de volgende voorwaarden:
? de desbetreffende gemeente is bereid een vergunning te
verlenen
? er is sprake van een kostenbesparing
? er is sprake van een noemenswaardig verschil in bouwtijd
(minder vlechtwerk)
? de betrokken betoncentrale kan gecertificeerd staalvezel-
beton leveren
? de geselecteerde aannemer heeft ervaring met staalvezel-
beton. Zo niet, is de aannemer op de hoogte van de uitvoe-
ringsregels?
Bij twijfel kan een variant gewapend met traditionele wapening
en een variant met hybridewapening op hoofdlijnen met elkaar
worden vergeleken. Als richtlijn kan hierbij worden gehanteerd
dat staalvezelwapening in de verhouding 35 kg/m
3 een kruisnet
van Ø10-150 mm kan vervangen. De staalvezels die dan
moeten worden toegepast zijn de Dramix 5D 65/60BG staal-
vezels.
?
?
LITERATUUR
1 Godthelp, T., De toepassing van vezelwapening bij traditioneel funde -
ringsherstel. Afstudeerrapport, Hogeschool van Amsterdam, 2014.
2 CUR aanbeveling 111: Staalvezelbeton bedrijfsvloeren op palen ?
Dimensionering en uitvoering. SBRCURnet, 2007.
3 CUR publicatie 246: Staalvezelbeton ? inventarisatie van regelgeving.
SBRCURnet, 2012.
4 Model Code 2010, First complete draft, Volume 1. fib bulletin 55, 2010.
5 CUR aanbeveling 42: Bepaling van de invloed van polypropyleenvezels
in beton op de vorming van plastische krimpscheuren. SBRCURnet, 2011.
Tijdens het afstudeerproject is ook onderzoek verricht naar
kunststofvezelwapening. Uit de literatuurstudie bleek dat
kunststofvezelwapening voor de toepassing bij funderingsher -
stel alleen geschikt was als plastische krimpwapening indien
dat noodzakelijk was. Hierbij werd dan 0,9 kg/m
3 gefibrilleerde
kunststofvezels in het beton toegepast [5]. Zo werden plasti-
sche krimpscheuren in de plastische fase van het beton gemini-
maliseerd. Hierop wordt in dit artikel niet ingegaan. Voor meer
informatie over kunststofvezelwapening wordt verwezen naar
het afstudeerrapport [1].
Conclusies en aanbevelingen
Hybride gewapend beton is goed toepasbaar bij funderingsher -
stel. Het is realistisch om een traditioneel funderingsherstel
hybride te wapenen als zaken met betrekking tot vergunningen
voor de constructie en certificaten op staalvezelbeton mogelijk
en verleend zijn.
Variant 2 (hybride gewapend beton) is de meest gunstige
variant wat betreft de uitvoeringskosten en de multicriteria-
analyse. De verwachting is dat bij deze variant de uitvoerings-
kosten eerst hoger zullen zijn bij de eerste projecten die op deze
manier worden uitgevoerd. Praktijkervaring en expertise bij
ontwerpende en uitvoerende partijen kunnen namelijk ontbre -
ken. De kortere uitvoeringsduur van variant 2 kan grote voor -
delen opleveren als in het pand waar funderingsherstel wordt
uitgevoerd commerciële activiteiten (zoals een winkel) zijn
gehuisvest. Vanwege een hoge omzet en hoge huurprijzen kan
een paar dagen kortere uitvoering een groot verschil betekenen
in de totale uitgaven van een opdrachtgever.
6
7
Funderings herstel met vezelwapening 2015
Reacties