Ik zeg weleens dat als we in staat zijn beton te maken dat geen tijdsafhankelijk gedrag (krimp en kruip) vertoont, het werkpakket bij ons bureau drastisch zal veranderen. Voor alle duidelijkheid: ik zou dat toejuichen! Vooralsnog lukt dat helaas nog niet en het ziet ernaar uit dat dit voorlopig wel zo zal blijven. Het zal duidelijk zijn, ik doel hiermee op de veel voorkomende schades aan betonconstructies door verhinderde opgelegde vervormingen.
62
daarmee een (zeer) lange constructie wordt gerealiseerd en de
verschillende elementen zijn via starre verbindingen aan elkaar
verbonden, dan kunnen opgelegde vervormingen tot schade
leiden. Dit deed zich recent voor bij een project met grote, aan
elkaar gekoppelde hallen.
Prefab-betonnen hallen
De genoemde hallen zijn vervaardigd met betonnen, in de fun-
dering gedeeltelijk ingeklemde kolommen met daarop betonnen
voorgespannen liggers. Een afzonderlijke hal is wel zo'n 10 m
hoog en heeft een overspanning van meer dan 30 m (foto 1).
Dick voor Mekaar (3)
Verbinden: vast, los of
tussenvorm?
Ik zeg weleens dat als we in staat zijn beton te maken
dat geen tijdsafhankelijk gedrag (krimp en kruip)
vertoont, het werkpakket bij ons bureau drastisch zal
veranderen. Voor alle duidelijkheid: ik zou dat toejui-
chen! Vooralsnog lukt dat helaas nog niet en het ziet
ernaar uit dat dit voorlopig wel zo zal blijven. Het zal
duidelijk zijn, ik doel hiermee op de veel voorkomende
schades aan betonconstructies door verhinderde
opgelegde vervormingen.
1
Bij geprefabriceerde betonconstructies hebben we te maken met
verbindingen tussen de verschillende geprefabriceerde elementen
waaruit de constructie is opgebouwd (o.a. opleggingen). Als
Dick voor Mekaar
beton in beeldDick voor Mekaar
2 2018
63
Er liggen vele hallen naast elkaar, waarmee de totale lengte van
de loods meer dan 300 m is. Op de betonnen kolommen zijn de
liggers van twee op elkaar aansluitende hallen opgelegd via een
neopreen tussenlaag. Ze zijn via stekken in sparingen (bij ieder
liggeruiteinde twee) aan de kolom verbonden. Deze stekken
zijn dóór het neopreen aangebracht. De sparingen in de liggers
(80 mm × 40 mm) zijn vervolgens met een mortel aangegoten.
Krimp en kruip
Het is bekend dat de liggers willen verkorten door krimp en
bij afkoeling, en in het onderhavige geval met voorspanning
onderin de ligger, ook in belangrijke mate door kruip. Door
aanwezigheid van het neopreen zouden die horizontale
vervormingen kunnen optreden, zonder dat al te grote
krachten ontstaan. Echter, omdat de sparing met daarin de
stek over de volle hoogte is aangegoten, wordt horizontale
onderlinge verplaatsing tussen ligger en kolomkop nagenoeg
volledig verhinderd. Kortom, door de 'opgelegde' vervorming
gaat de ligger via de stekken aan de kolommen trekken (fig. 2a).
Opgetelde krachten
Als het om één of enkele hallen naast elkaar zou gaan, dan zou
de opgelegde vervorming wellicht nog zonder schade kunnen
optreden, door vervorming van de kolommen of door rotatie
van de fundering. De krachten vanuit de stek op de kolomkop
en het liggeruiteinde zijn dan nog beperkt van grootte. Echter,
als het om meerdere hallen naast elkaar en daardoor een grote
totale lengte gaat, wordt dat anders.
Dick voor M ekaar
In de rubriek Dick voor Mekaar deelt onze hoofdredacteur Dick Hordijk
praktijk ervaringen die hij opdoet met
schade onderzoek bij Adviesbureau
ir. J.G. Hageman B.V. Hij doet dat geheel
op zijn manier, onder eigen verantwoor- delijkheid en zonder enige status.
2a
2b
1 Hal met voorgespannen betonnen liggers op kolommen
2 Door verkorting trekt de ligger via de stek aan de kolom (a)
en daardoor kan mogelijk een hoek van de kolom of ligger
afbreken (b)
Dick voor Mekaar 2 2018
64
Van buiten naar binnen over de meer dan 300 m lange loods,
neemt bij iedere kolom de over te brengen kracht toe. In figuur 3
is dat toegelicht voor een situatie van zes hallen, waarvan er
drie zijn geschetst. De rechter kolom bevindt zich in dit geval
in het midden van de totale loods. Vanwege symmetrie blijft
deze op z'n plaats. Stel dat door de opgelegde verkorting van
de eerste ligger vanuit het midden op de eerst navolgende
kolom een kracht F wordt uitgeoefend. Dan zal, bij lineair
elastisch gedrag van de kolommen onder horizontale belasting,
de kracht waarmee aan de tweede en derde kolom wordt
getrokken, respectievelijk gelijk zijn aan 2F en 3F. Oftewel,
de kracht op de bovenzijde van de kolommen neemt van
binnen naar buiten toe. Anders is dat voor de krachten die
door de stekken tussen de liggers en de kolommen worden
overgebracht. Die nemen juist van buiten naar binnen toe,
omdat bij iedere kolom de kracht waarmee aan de kolom wordt getrokken, erbij komt. Daarmee neemt de kracht op de
stek in de middelste kolom toe tot 6F!
Het gevolg is, dat na enige tijd de krachten zodanig groot zijn,
dat ofwel scheurvorming in de kolomkop, ofwel het liggereinde,
ofwel beide optreedt (fig. 2b). In het onderhavige geval was de
weerstand van de kolomkop tegen bezwijken geringer dan die
van het liggereinde en trad scheurvorming in de kolomkop op,
gevolgd door het afbreken van een hoek van de kolom (foto 4).
Omdat krimp en kruip tijdsafhankelijke effecten zijn, trad schade
pas na enige tijd op (hier ontdekt na twee jaar), in eerste instantie
voornamelijk bij de middelste rij kolommen.
Moraal
De moraal van het verhaal is tweeërlei. Enerzijds is de
waarschuwing dat je bij lange betonconstructies, ook als deze
zijn opgebouwd uit geprefabriceerde betonelementen, rekening
moet houden met opgelegde vervormingen. Als deze worden
verhinderd, kan dat resulteren in grote krachten en schade.
Anderzijds moet worden bedacht, dat bij toepassing van
een stekverbinding bij een oplegging met bijvoorbeeld een
neopreen tussenlaag, het volledig aangieten van de sparing
ertoe leidt dat uiteindelijk een horizontale verplaatsing,
waarvoor juist het neopreen was aangebracht, niet vrij kan
optreden.
Als in het onderste gedeelte van de sparing een vervormbaar
materiaal wordt aangebracht, kan wel voor de benodigde
vervormingscapaciteit worden gezorgd, terwijl via het
aangegoten bovenste deel de stek nog steeds zijn functie kan
vervullen.
?
3
4
3
Schematische weergave van de liggers op de kolommen en
opbouw van de horizontale krachten, die door de stekken
worden overgebracht
4 Schade aan de bovenzijde van de kolom
Dick voor Mekaar
beton in beeldDick voor Mekaar
2 2018
Reacties