\037 \037\036\035\037\036\037 \037\037\036\037 \037 \021\032 \034\r\036\036\032 \f\033\024\033\020\036\035\026\f\033\031\033\033\016\024\032\033 I met passie v \037\037\036\035\034\034\033\035\032 \020\033\035\021 \037\036\035\034\037\033\032\031\034\030 \032\035\024\034\037\023\013 \034 \007\025\037\n\035 \035\022\037\006\035\034\037\f\035\032\031\022\024\037\035\026\017 \035\035\022\037\f\035\n\026\021\004\030\037\033\031\026\034\022\035\026\ \037\003 \024\035\022\021\035\034\037\035\035\022\037\031\031\022\034\013 \032\035\022\005\037\t \032\021\n\025\031\031\034\020\016\006\031\033\033\035\022\005\037\024\026\ \017 \033\026 \036\035\f\037\004\035\037\027\027\023\037\021\022\034\013 \n\035\022\005\037\022\035\035\025\037\n\031\022\037\016\027\022\034 \025\035\034\020\005\037\037\036\035\034\033\032\035\031\030\033\027\033\030\035 \036\025 \037 \037\036\035\034 \032\031\030\027\036\034\030\026 \037\036\035\036\034\033 \037 \036\035\035\034\037\033\032\037\035\032\037\030\037 \r\f\017\026\016\037\r\025\037 \037\013\013\013 \037\027 \003 partners CEMENT 6 2024 ?1 2? CEMENT 6 2024 38 Innovatief bouwen met nieuwe richtlijn 3D-beton- printen CROW-CUR Richtlijn 5:2023 biedt een praktische leidraad voor alle betrokkenen in het bouwproces. 46 Normbesef (7) De effecten op dwarskracht in con- structies met verlopende hoogte. 56 Constructeur van het Jaar In gesprek met de Constructeur en het Talent van het Jaar 2024 over trends en uitdagingen in de sector. Artikelen 6 Bouwen langs het spoor Inzicht in de rekenmethoden om trillingen te voorspellen en de grond-constructie-interactie. 20 Buig- en scheurgedrag beton met basaltvezelwapening Experimenten tonen aan dat basalt- vezelwapening anders reageert dan wapeningsstaal. 30 fib Bulletin 108 over prestatie- gericht brandontwerp Een toelichting op het rapport dat medio 2023 verscheen. 6 38 Foto voorpagina:?Centraal Station Stuttgart. Foto: Achim Birnbaum COLOFON Cement, vakblad over betonconstructies, is hét vakblad van en voor constructeurs en verschijnt 8 keer per jaar. Het vakblad is een onderdeel van het kennisplatform Cement, een uitgave van Aeneas Media bv in opdracht van het Cement&BetonCentrum. Uitgave Aeneas Media bv, Veemarktkade 8, Ruimte 4125, 5222 AE 's-Hertogenbosch T 073 205 10 10, www.aeneas.nl Redactie prof.dr.ir. Max Hendriks (hoofd- redacteur), ir. Maartje Dijk, ir. Paul Lagendijk, ir. Jacques Linssen, ir. René Sterken, ir. Cindy Vissering, ing. Henk Wapperom, dr.ir. Rob Wolfs Redactieraad ir. Edwin Vermeulen (voorzitter), ing. Dick Bezemer, ir. Geoffrey van Bolderen, prof.dr.ir. Jos Brouwers, ir. Henco Burggraaf, ir. Tom Diks, ir. Maikel Jagroep, ir. Lise Jansen, ir. Hans Kooijman, ing. Michael van Nielen PMSE, ir. Paul Oomen, ir. Dirk Peters, ir. Ruud van der Rakt, ir. Paul Rijpstra, ir. Dick Schaafsma, ing. Roel Schop, dr.ir. Raphaël Steenbergen, prof.dr.ir. Kim van Tittelboom, ir. Rob Vergoossen, dr.ir. Rutger Vrijdaghs, prof.ir. Simon Wijte Uitgever/vakredacteur ir. Jacques Linssen j.linssen@aeneas.nl, T 06 10333180 Planning, coördinatie & eindredacteur Hanneke Schaap, h.schaap@aeneas.nl, T 073 205 10 19 Ontwerp daily creative agency, Miranda van Agthoven Vormgeving daily creative agency, Maarten Bosch Community manager & media-advies Coen Smets, c.smets@aeneas.nl, T 06 10705780 Klantenservice klantenservice@aeneas.nl T 073 205 10 10 Website www.cementonline.nl Overname artikelen Overname van artikelen en illustraties is alleen toegestaan na schriftelijke toestemming. Lidmaatschappen 2024  Kijk voor meer informatie over onze lidmaatschappen op www.cementonline.nl/lidworden of neem contact op via klantenserice@aeneas.nl of 073 205 10 10. Voorwaarden Je vindt onze algemene voor- waarden op www.cementonline.nl/algemene- publicatievoorwaarden Hoewel de grootst mogelijke zorg wordt besteed aan de inhoud van het blad, zijn redactie en uitgever van Cement niet aansprakelijk voor de gevolgen, van welke aard ook, van handelingen en/of beslissingen gebaseerd op de informatie in deze uitgave. Niet altijd kunnen rechthebbenden van gebruikt beeldmateriaal worden achterhaald. Belang- hebbenden kunnen contact opnemen met de uitgever. ISSN 0008-8811 Inhoud Vakblad over betonconstructies CEMENT 6 2024 ?3 Deze middag gaf ik vier uur achtereen college in Delft. Vier uur achtereen college geven is vrij uitzonderlijk. "Uitzonderlijk?" hoor ik u denken en ook "wat een luizenleven!". Daar geef ik nu geen commentaar op. Het gaat me om de twee vakken waar ik vandaag verantwoor- delijk voor was: 'Bestaande betonnen constructies' en 'C O 2-neutrale constructies'. Dat zijn twee mastervakken die twee jaar geleden nog niet bestonden en 20 jaar geleden ondenkbaar waren. Deze keuze- vakken zijn populair en de studenten zijn enthousiast. Het zijn nieuwe tijden. Bij 'CO2-neutrale constructies' kreeg ik hulp van Niki Loonen en van Marija Nedeljkovi?. In hun gastcolleges benadrukten ze respectievelijk wat nú moge- lijk is met nieuwe betonsoorten en welke keuzes je nú hebt met het beheer van de betonnen infrastructuur van Rijkswater- staat. Hun gedrevenheid tegen een achtergrond van 'we Nieuwe tijden moeten nú bewegen, willen we de race winnen' werkte aan- stekelijk en leidde tot heftige discussies. De ramen moesten open om extra O2 binnen te laten stromen. En werd het omgaan met bestaande betonnen construc - ties 20 jaar geleden door veel studenten niet saai gevonden? Als kind droomden ze wellicht eerder "dat wil ik ook bouwen" in plaats van "daar wil ik ver- antwoording voor nemen". Daar is nu niets van te merken. Dat bestaande constructies op een andere manier beoordeeld worden dan constructies die nog op de tekentafel liggen, is juist interessant. Uitleggen dat we verantwoord moeten om- gaan met bestaande construc - ties is niet nodig. 'Er komen andere tijden', de meest bekende vertaling van het meer Bijbels klinkende 'The times they are a-changing'. Dat wist u als trouwe Cement- lezer natuurlijk al lang. We hoeven echt niet allemaal zoals Hadrianus een Pantheon neer te zetten met een levensduur van 19 eeuwen, and counting. Maar dat ons ambitieniveau omtrent duurzaamheid een boost heeft gekregen, is nú een gegeven. Max Hendriks Voor reacties: cement@aeneas.nl 56 En verder 15 Gelezen in Structural Concrete Vol. 25/3 Een Nederlandse samenvatting van de voor Cement-lezers meest interessante papers. 44 De jonge constructeur Lise Jansen deelt haar ervaring bij een van haar eerste projecten, BinckCity Park in Den Haag. 50 Grote vriendelijke monoliet Slanke kolommen in de gevels en galerijen contrasteren fraai met de massiviteit van het bouwblok. 4? CEMENT 6 2024 auteurs ir. Marijn Bruurs Witteveen+Bos p. 38 ? 43 ir. Jacques Linssen Redactie Cement / Aeneas Media p. 56 ? 60 ir. Hans Galjaard p. 46 ? 49 dr.ir. Mauro Poliotti Witteveen+Bos p. 30 ? 37 ir. Lise Jansen IMd Raadgevende Ingenieurs p. 44 ? 45 Lonneke van Haalen Abt p. 56 ? 60 prof.dr.ir. Theo Salet TU Eindhovenp. 38 ? 43 ir. Mark Spanenburg RO BAM Advies & Engineering p. 6 ? 14 dr.ir. Rob Wolfs TU Eindhoven p. 38 ? 43 ing. Edwin de Vries Peutz p. 6 ? 14 dr. Jeremy Chang Holmes NZ (Christchurch) p. 30 ? 37 Bob Gieskens VNconstructeurs p. 56 ? 60 dr.ir. Jolien Van Der Putten Witteveen+Bos p. 38 ? 43 ir. Kevin van der Lingen Van Hattum en Blankevoort p. 20 ? 28 ir. Kirsten Hannema Freelance architectuurjournalist p. 50 ? 55 ir. Pascal Schroijen Holmes NZ (Auckland) p. 30 ? 37 ir. Diederik Veenendaal Summum Engineering p. 56 ? 60 ir. Marica de Wit BAM Advies & Engineering / TU Delft p. 6 ? 14 ir. Thijs Pierik Nepocon p. 30 ? 37 Aan dit nummer van Cement werkten mee: Met een lidmaatschap kun je inloggen op de website en heb je toegang tot alle beschikbare CROW-CUR Aanbevelingen. Interesse? Vraag een lidmaatschap aan via www.cur-aanbevelingen.nl of neem contact op met onze klantenservice 073-205 10 10 Maak jij regelmatig gebruik van CUR?Aanbevelingen? Bouwen langs het spoor Inzicht in rekenmethoden en grond-constructie-interactie 1 Bouw van appartementencomplex op ENKA-terrein in Ede, dicht tegen het spoor. Foto: BAM Advies en Engineering 1 6? CEMENT 6 2024 Met de huidige trend in verstede- lijking wordt bouwen langs het spoor steeds aantrekkelijker. Dit is echter niet zonder obstakels. Onderzoek van het RIVM uit 2019 toont aan dat 20% van de mensen die binnen een straal van 300 m van het spoor wonen, ernstige hinder er- vaart door de trillingen die worden veroor- zaakt door reizigerstreinen. Maar liefst 40% van de omwonenden ervaart ernstige hin - der door voorbijkomende goederentreinen [1]. Dit geeft de noodzaak aan om deze over- last te voorkomen bij nieuwbouw. Het inschatten van het effect van deze trillingen is niet eenvoudig, vanwege het grote aantal parameters dat hierop van in - vloed is. Afhankelijk van de manier waarop de trillingen in gebouwen worden berekend, kunnen vergelijkbare situaties tot aanmer- kelijk verschillende uitkomsten leiden, met grote consequenties voor de maatregelen en dus ook bouwkosten. Om inzichtelijk te krijgen wat de oor- zaak is van deze verschillen, zijn de spoor- trillingen in een betonnen appartementen - gebouw met drie rekenmethoden berekend en vergeleken. In een vervolg zullen ook trillingsmetingen worden uitgevoerd voor en na de bouw van een betonnen apparte- mentengebouw en worden de resultaten hiervan naast de berekende waardes gelegd. Hierop wordt in een vervolg artikel inge- gaan. Spoortrillingen Om te begrijpen wat het effect van spoortril - lingen op omliggende gebouwen is, is het belangrijk om eerst uit te zoomen en het algehele systeem te begrijpen (fig. 2). Dit begint bij de bron, waar de trillingen worden gecreëerd: de trein en de spoorweg. Op dit punt zijn er meerdere parameters die de trillingssterktes en de frequenties waarbij deze optreden beïnvloeden. Denk bijvoor- beeld aan het type trein, de aanwezigheid van wissels of overwegen, de snelheid van de trein en of het gaat om een tunnel of een spoorbaan op maaiveld [2]. Vervolgens be- wegen de trillingen zich voort als golven door de bodem. Ook hier worden de trillin - gen beïnvloed, ditmaal door de grondeigen - schappen. Een belangrijke factor is daarom ook de afstand van het gebouw tot het spoor, waarbij bij grotere afstanden de trillingen meer worden gereduceerd. Dit effect is ver- gelijkbaar met de demping van een golf in een vijver waar een steentje in is gegooid, waarbij de golven afzwakken naarmate ze zich verder van de bron af bewegen. Nadat de golven zich door de ondergrond hebben verplaatst, komen ze aan bij het gebouw, waar ze voor zowel horizontale als verticale trillingen zorgen (punt 1 in fig. 2). De trilling in de grond wordt vervolgens overgedragen naar de fundering van het ge- bouw, van punt 1 naar punt 2 in figuur 2. IR. MARICA DE WIT Constructeur / Afstudeerder BAM Advies & Engineering / TU-Delft IR. MARK SPANENBURG RO Adviseur Constructies BAM A&E ING. EDWIN DE VRIES Adviseur Geluid en TrillingenPeutz auteurs Er wordt steeds vaker dicht op het spoor het gebouwd. Daarbij kunnen trillingen die worden veroorzaakt door treinverkeer, voor hinder zorgen in de nabijgelegen gebouwen. Om die overlast bij nieuwbouw te beperken moet hiermee in het ontwerp rekening worden gehouden, bijvoorbeeld door het toepassen van dikkere vloeren of het afveren van het gebouw. Er zijn verschillende rekenmethoden om de trillingen te voorspellen, maar de uitkomsten lopen erg uiteen. De vraag is waar deze verschillen vandaan komen en hoe deze kunnen worden verklaard. Dit is één van de vragen die zijn onderzocht in een afstudeeronderzoek. CEMENT 6 2024 ?7 punt in hetvrije veld punt op defundering Deze overdracht zorgt ook voor een dem- ping van de trillingen, wat in literatuur vaak het kinematische effect wordt genoemd. De fundering vereffent door zijn stijfheid de golfbeweging in de grond. Hierdoor is de trillingssterkte van een punt op de funde- ring lager dan die van een punt in het vrije veld (fig. 3). Vanuit de fundering wordt de trilling binnen het gebouw doorgegeven naar de vloeren, in figuur 2 van punt 2 naar punt 3. Dit zorgt veelal voor een versterking van de trillingen, met name wanneer de frequenties van de spoortrillingen samenvallen met eigenfre- quenties van de constructie, zoals de vloe- ren en wanden, waardoor resonantie op- treedt. Een belangrijk aspect bij de gebouw - trillingen is de demping van de grond op de trillingen in het gebouw. Dit wordt het traag- heidseffect genoemd en is vooral afhankelijk van de massa van het gebouw, de fundering en de grondsoort. Het totale effect van de interactie tus- sen het gebouw en de grond kan dus worden verklaard door het kinematische effect en het traagheidseffect. In het Nederlands wordt de combinatie van deze twee effecten de grond-constructie-interactie genoemd en in het Engels soil-structure interaction (SSI). Deze grond-constructie-interactie heeft een belangrijk effect op de trillingen in het ge- bouw. Verschillende studies laten zien dat het buiten beschouwing laten van de grond-constructie-interactie kan zorgen voor een significante overschatting van de trillingen die uiteindelijk in het gebouw wor- den doorgegeven [3, 4]. Anders dan bij trillingen door wind en aard - bevingen, zijn bij spoortrillingen de verticale 2 1) Metingen maaiveld, 2) overdracht naar fundering, 3) overdracht naar gebouw 3 Trillingssterkte op fundering is lager dan in het vrije veld (kinematische effect) AFSTUDEERONDERZOEK Dit artikel is gebaseerd op de afstudeer- studie 'The Effect of Railway-Induced Vibrations on Timber Apartment Buil- dings' dat Marica de Wit uitvoerde op de TU Delft, faculteit Civil Engineering & Geosciences, in samenwerking met BAM Advies & Engineering. Zij werd voor haar onderzoek begeleid door dr.ir. G.J.P. Ravenshorst (voorzitter), ir. M. Spanen- burg RO (begeleider BAM), dr.ir. M. Mirra en dr.ir. P.C.J. Hoogenboom. 2 3 8? CEMENT 6 2024 componenten bijna altijd maatgevend [5, 6 en 7]. Dit komt enerzijds doordat de gevon - den trillingssterktes normaliter hoger zijn in verticale richting en anderzijds doordat deze trillingen gemakkelijker worden over- gedragen naar de fundering. In dit artikel wordt daarom alleen ingegaan op de verti - cale trillingen, maar in de praktijk moeten zowel de verticale als de horizontale trillin - gen worden onderzocht. Eisen Hoewel er geen wettelijke norm is voor het voorkomen van trillingshinder uit de onder- grond, wordt er bij nieuwbouw wel vaak vanuit de vergunningverlener gevraagd aan te tonen dat de spoortrillingen niet voor een (onaanvaardbaar) leefklimaat zorgen. Of de trillingen voelbaar zijn en voor overlast zor- gen, kan worden getoetst aan de SBR-B- richtlijn [13]. Hierin worden specifieke waar- den gegeven waaraan de berekende trillingsniveaus in het gebouw moeten vol - doen. Deze trillingsniveaus worden uitge- drukt in V max. Dit is de trilsnelheid met een correctie op frequenties die minder goed zijn waar te nemen. V max is dimensieloos. Het stroomschema voor railverkeer voor het beoordelen van de trillingsniveaus is weergegeven in figuur 4. Er gelden twee streef- waardes voor V max, een onderste, A1, en een bovenste, A2. Voor nieuwbouw is A1 gelijk aan 0,1 en voor bestaande bouw 0,2 (dag en nacht). A2 is voor nieuwbouw gelijk aan 0,4 overdag en 0,2 in de nacht en voor bestaande bouw respectievelijk 0,8 overdag en 0,4 in de nacht. Wanneer de gevonden V max waardes niet voldoen aan de A1-waarde maar wel onder de A2-waarde blijven, moet ook V per worden getoetst. V per is de gemiddelde trillingsterkte over een beoordelingsperiode en moet onder de streefwaarde A3 uitkomen. Voor nieuw - bouw is A3 gelijk aan 0,05 en voor bestaande gebouwen moet deze waarde onder de grens van 0,1 blijven (dag en nacht). Als er in de praktijk aan A2 wordt voldaan, dan voldoet V per in de meeste gevallen ook. Onderzoek en methode Er zijn verschillende manieren om de effec- ten van spoortrillingen bij appartementen - gebouwen te modelleren. Grofweg kan de volgende onderverdeling worden gemaakt: 1 gebouw met starre opleggingen; 2 gebouw met grond als veren en dempers; 3 grond, fundering en gebouw in één model. In de praktijk wordt voor alle drie de manie- ren vaak gebruikgemaakt van de eindige- elementenmethode (EEM). Het meest een - voudige is om het gebouw te modelleren met starre opleggingen (1). De grond en funde- ring worden dan niet expliciet meegenomen in de berekening en in dit type model wordt het eerder genoemde traagheidseffect dus ook niet berekend. Om het traagheidseffect wel mee te nemen, is het mogelijk om het gebouw te modelleren met veren en dem - pers als opleggingen, die de grond en het funderingssysteem representeren (2). Het voordeel hiervan is dat niet de volledige grond hoeft te worden gemodelleerd, wat de rekentijd significant omlaag brengt. Beide modellen nemen het kinematische effect niet mee, maar dit kan indien nodig wel in een los model worden berekend. Het laatste type model is een model waarin de grond, fundering en het ge- 4 Stroomschema streefwaardes SBR-B-richtlijn Of trillingen voor overlast zorgen, kan worden getoetst aan de SBR-B-richtlijn 4 CEMENT 6 2024 ?9 5 De overdrachts- functies zouden hetzelfde moeten zijn voor alle drie de cases, maar de resultaten liggen ver uit elkaar 5 Vergelijking van verschillende manieren om gebouwen die worden onderworpen aan spoortrillingen te modelleren bouw expliciet worden gemodelleerd (3). Hierin worden zowel het kinematische ef - fect als het traagheidseffect in één model meegenomen. Doordat dit laatste type model het meest gedetailleerd, complex en groot is, heeft het ook een aanzienlijk langere reken - tijd in vergelijking tot beide andere model - len. Vooral in de initiële ontwerpfase is dit niet altijd wenselijk. Wijzigingen in het ont- werp doorvoeren in dit type model is name- lijk kostbaar. Een overzicht van alle drie deze methoden is weergegeven in figuur 5. Impedantiemethode van Auersch Een andere manier om de overdracht van spoortrillingen in gebouwen te berekenen dan de eindige-elementenmethode, is door gebruik te maken van een analytisch model ? dus op basis van formules ? zoals het im - pedantiemodel van Auersch [8]. Dit model is gebaseerd op de impedantiemethode die in de dynamica wordt toegepast voor akoestiek en elektromagnetisme [9]. In de context van spoortrillingen be- schrijft de impedantie de weerstand die de trillingsgolven ondervinden wanneer deze zich door de constructieonderdelen ver- plaatsen. De methode is gevalideerd speci - fiek voor spoortrillingen met behulp van testen en door de vergelijking te maken met de resultaten uit een gedetailleerder eindige- elementenmodel. De impedantiemethode bestaat uit het (analytisch) bepalen van de overdrachts- functies per onderdeel en deze met elkaar te vermenigvuldigen om de uiteindelijke gebouwrespons te berekenen. Een over- drachtsfunctie beschrijft hoe een trilling bij verschillende frequenties wordt overgedra - gen van het ene element naar het volgende element. Bijvoorbeeld van fundering naar begane grondvloer, of wand naar verdie- pingsvloer. Om de trillingsniveaus in een nog te realiseren gebouw te bepalen met de impe- dantiemethode, zijn er drie stappen die moeten worden doorlopen (net als in fig. 2). Deze stappen zijn weergegeven in figuur 6. De eerste stap is het bepalen van de trillin - gen op het maaiveld, door middel van me- tingen of berekeningen. Vervolgens worden de trillingen op maaiveld vertaald naar tril - lingen op de fundering, oftewel het kinema - tische grond-gebouweffect. De laatste stap bestaat uit het bepalen van de overdracht in het gebouw, waarbij in dit model de grond en fundering worden meegenomen als ve- ren en dempers, rekening houdend met het traagheidseffect van de grond-gebouwinter- actie. Iedere stap wordt uitgedrukt in een overdrachtsfunctie, die uiteindelijk met elkaar worden vermenigvuldigd om de ge- bouwrespons te bepalen. Dit resulteert in trillingsniveaus in het gebouw die kunnen worden getoetst aan de waardes uit de SBR-B-richtlijn. Case studies beton Om de verschillen tussen de rekenmethoden inzichtelijk te maken, zijn drie cases (van hetzelfde gebouw) met elkaar vergeleken. De eerste case gebruikt een eindige-elementen - model voor de bovenbouw met starre opleg - gingen, waarin het traagheidseffect van de 10? CEMENT 6 2024 Case 2: Analytisch , gebo\fw met ve\ben en dempe\bs Case 3: EEM, G\bond, f\fnde\bing en gebo\fw in één model Case 1: EEM , gebo\fw met sta\b\be opleggingen Case 2:Analytisch grond niet wordt meegenomen (manier 1 zoals genoemd onder 'Onderzoek en metho- de'). Het kinematische effect wordt met be- hulp van een grove inschatting in rekening gebracht. De tweede case is het analytische impedantiemodel, waarin de grond en de fundering als veren en dempers onder het gebouw worden gerepresenteerd. Het traag - heidseffect wordt hier dus in meegenomen en het kinematische effect wordt hier door middel van een overdrachtsfunctie inge- schat. De derde case is het meest gedetail - leerd en bestaat uit een eindige-elementen - model waarin naast het gebouw de volledige grond rondom het gebouw tot aan het spoor is gemodelleerd, inclusief de fundering (ma - nier 3 zoals genoemd onder 'Onderzoek en methode'). Hierin is dus zowel het kinemati - sche als het traagheidseffect verwerkt. In figuur 7 zijn de drie cases weergegeven. Voor case 1 en 3 zijn de resultaten gebruikt van twee daadwerkelijke projecten, waarvan de gebouwkarakteristieken en grondopbouw overeenkomen. Voor het analytische impe- dantiemodel (case 2) zijn dezelfde grondop- bouw en gebouwkarakteristieken als case 1 aangehouden. Het beschouwde gebouw be- staat uit vijf verdiepingen en een paalfun - 7 6 6 Stappen om van spoortrillingen naar gebouwtrillingen te komen 7 Cases die worden gebruikt om de verschillende rekenmethodes te vergelijken voor een betonnen appartementengebouw CEMENT 6 2024 ?11 Overdrachtsfuncties case 1, 2, 3 en gemeten spoortrillingen Case 1, FEM Case 2, Analytisch Case 3, FEM Spoortrillingen dering. In figuur 8 zijn de overige relevante gebouweigenschappen weergegeven. Overdrachtsfunctie? Voor alle drie de cases kan op dezelfde locaties in het gebouw de overdrachtsfunctie worden bepaald. Bij een EEM-model wordt de overdrachtsfunctie numeriek berekend en bij de impedantie- methode analytisch. Deze zouden hetzelfde moeten zijn voor alle drie de cases, het zijn immers identieke gebouwen, met eenzelfde fundering en grondopbouw. In figuur 9 is de overdrachtsfunctie van de grond naar de hoogste verdiepingsvloer voor elk van de rekenmethoden weergegeven. Tegen de ver- wachtingen in liggen de resultaten ver uit elkaar. De overdrachtsfunctie is een karak - teristiek voor het gebouw en onafhankelijk van type, zwaarte of frequentie van de ge- meten spoortrillingen op de desbetreffende locatie. Het verschil kan dus enkel voortko- men uit het verschil in rekenmethode, niet uit de locatie. De manier waarop de grond- gebouwinteractie wordt meegenomen heeft een significant effect op de uitkomsten. Case 1, bestaand uit het eindige-elementen - model met het gebouw met starre onder- steuningen, resulteert in een substantieel hogere overdrachtsfunctie in vergelijking met de andere twee methoden. Het verschil met de andere twee cases is dat bij case 1 het traagheidseffect niet is meegenomen. Door methode 1 naast de resultaten van me- thode 2 en 3 te leggen, wordt duidelijk hoe- veel effect de gronddemping voortkomend uit het traagheidseffect heeft op de over- De exacte rol van de grond- constructie- interactie hangt af van drie onderdelen: de massa van het gebouw, de stijfheid van de grond en het type fundering 8 9 8 Vloeropbouw en overspanning beschouwde betonnen appartementengebouw 9 Overdrachtsfuncties case 1, 2, en 3 (linker as) en gemeten spectrum spoortrillingen (rechter as) 12? CEMENT 6 2024 Case 1,FEM Case 3,FEM Case 2, Analytisch dracht van de spoortrillingen. De laagste overdrachtsfunctie wordt gevonden met methode 3. Het grond-constructie-effect wat hier gedetailleerder in is meegenomen ten opzichte van de analytische methode 2 zorgt voor een nog verdere demping van de door- gave van de trillingen. Beoordeling V max ?Voor de verschillende cases zijn de waardes van V max berekend uit- gaande van hetzelfde gemeten spectrum op maaiveld (blauwe lijn in figuur 9). In figuur 10 staan de berekende V max-waarden gege- ven. Zoals beschreven is de grenswaarde A2 0,2 voor nieuwbouw en 0,4 voor bestaande bouw. Case 3 voldoet bijna aan de nieuw- bouweis, case 2 voldoet niet aan de nieuw - bouweis maar wel aan de eis voor bestaande bouw, terwijl case 1 ver buiten beide grens- waardes valt. Maatregelen Bij de uitkomsten van case 3 zijn relatief eenvoudige maatregelen, zoals het verzwa - ren of verstijven van de fundering, voldoen - de om de trillingsniveaus onder de streef - waardes van de SBR-richtlijn te brengen. Bij case 1 zijn de berekende V max-waardes zo hoog dat afveren van het gebouw de enige optie is. Afveren is een techniek waarbij er rubberen blokken of stalen veren worden geplaatst tussen het gebouw en de fundering om deze van elkaar te ontkoppelen. Dit zorgt ervoor dat de overdracht van trillingen bij dominante frequenties van het spoor wordt verminderd. Bij case 2 is afveren niet nood - zakelijk, maar zijn er wel zwaardere maat- regelen dan enkel het verzwaren of verstij- ven van de fundering nodig. Voor hetzelfde gebouw zijn dus drie verschillende maatregelen nodig puur alleen op basis van de verschillende rekenmetho- den. Dit is ook meteen van invloed op de bouwkosten, aangezien het afveren van het gebouw significant duurder is dan het enkel verzwaren van de fundering. Hieruit kan worden geconcludeerd dat het zo nauwkeu - rig mogelijk meenemen van de grond-con - structie-interactie essentieel is voor het in - schatten van de trillingsniveaus ten gevolge van spoortrillingen. Het opzetten van een model zoals dat van case 3, waarbij zowel de omliggende grond en de fundering als het ge- bouw worden gemodelleerd, kan in de begin - fase van het project voor hogere kosten zor- gen, maar die kosten kunnen wegvallen bij de alternatief benodigde kosten voor duurde- re trillingsverminderende maatregelen. 10 Berekende V max-waardes per case CEMENT 6 2024 ?13 Hoewel het model van rekenmethode 3 theoretisch gezien het meest accuraat is, is het belangrijk om te checken of dit overeen - komt met de praktijk. Hoewel er voor de bouw van appartementencomplexen in de nabijheid van het spoor vaak metingen wor- den uitgevoerd op maaiveld als input voor de trillingsberekeningen, is er nauwelijks data beschikbaar van trillingsmetingen in gebouwen na de realisatie. Voor een vervolg op dit artikel zullen BAM en Peutz daarom trillingsmetingen uitvoeren voor- en na de realisatie van een betonnen appartementen - gebouw en de gevonden trillingsniveaus ver- gelijken met de berekende waardes van de drie rekenmethoden. De rol van grond-constructie- interactie De exacte rol van de grond-constructie- interactie hangt af van drie onderdelen: de massa van het gebouw; de stijfheid van de grond; het type fundering. Het beschouwde betonnen appartementen - gebouw heeft een hoge massa, waardoor de grond door het traagheidseffect voor veel demping zorgt. Dit effect neemt sterk af bij lichtere gebouwen, zoals stalen of houten gebouwen, wat kan resulteren in meer door- gave van de spoortrillingen en dus hogere trillingsniveaus in het gebouw. Het is daar- om vooral bij dit type constructies van be- lang om vroeg in het ontwerpproces een zorgvuldige berekening te maken. Naast de massa van het gebouw heeft de stijfheid van de grond veel invloed op de trillingen en demping die optreed ten gevol - ge van grond-constructie-interactie. Bij slappere gronden worden dichter bij het spoor hogere trillingsniveaus gevonden op het maaiveld, vooral in het lagere frequen - tiegebied van 0-20 Hz waar ook de eigenfre- quenties van het gebouw voorkomen. Dit re- sulteert in een versterking van de trillingen in het gebouw. Aan de andere kant zorgt een slappere grond voor meer demping ten ge- volge van het traagheidseffect en doven tril - lingen ook sneller uit met toenemende af - stand van het spoor [10]. Daarom is het van belang om een duidelijk beeld te hebben van de grondopbouw bij het inschatten van de spoortrillingen en dit zowel bij de bereke- ning van het kinematische effect als het traagheidseffect in beschouwing te nemen. Het type fundering is een factor die zowel het kinematische als het traagheidsef - fect beïnvloedt. Uit verschillend onderzoek [11 en 12] blijkt een paalfundering voor meer demping van de spoortrillingen te zorgen dan een fundering op staal. Over het alge- meen geldt dat de trillingen meer afnemen bij zwaardere funderingen dan lichtere fun - deringen. De rol van de E-modulus van beton Een ander belangrijk aandachtspunt bij het rekenen met trillingen aan betonnen gebou - wen is de E-modulus die in rekening wordt gebracht. Deze is belangrijk voor de eigen - frequentie van de vloeren en is vaak hoger dan bij statische berekeningen wordt gehan - teerd. Spoortrillingen zijn een kortdurend belastingeffect waardoor geen kruip op- treedt. Daarnaast zijn de momenten in de vloer bij de quasi-blijvende combinatie (= belastingcombinatie voor het beoordelen van trillingen) veelal lager dan het scheur- moment, waardoor de vloer ongescheurd of zeer beperkt gescheurd is. Beide effecten zorgen voor een hogere E-modulus. Meer informatie hierover is te vinden in EC-2 arti - kel 7.4.3, het Cement-artikel 'Dynamische belasting op tribunes (2)' [14] en een ACI Journal uit 1985 [15]. Binnenkort wordt een artikel door Peutz hierover gepubliceerd in Cement. Conclusie De toenemende bouw van woningen dicht bij het spoor benadrukt de noodzaak van het uitvoeren van trillingsberekeningen in de ontwerpfase. Verschillende rekenmetho- den laten echter uiteenlopende resultaten zien afhankelijk van de manier waarop de grond-constructie-interactie wordt meege- nomen. Daaruit volgen ook significant ver- schillende maatregelen en daarbij horende bouwkosten. In een vervolgartikel worden deze rekenmethoden vergeleken met metin - gen in een gebouw, om te zien hoe de theo- rie zich tot de werkelijkheid verhoudt. LITERATUUR 1?Kamp, I. van, Kempen, E.E.M.M. van, Simon, S.N., Mabaja, N., Verheijen, E., Wijnen, H. van, Herhaalmeting Wonen langs het Spoor, RIVM-rapport 2021- 0103. 2?Vos, P. deRailway induced vibration - State of the art report. In: International Union of Railways (november 2017) door Nick Craven and Linus Grob, p. 82. 3?Mott Macdonald Group et al. Simplified models to inform the base- isolation design of buildings. Tech. rep. 2023. 4?Talbot, J., Edirisinghe, T., Sanitate, G., The influence of foundation and building structures on ground-borne vibration: What we might expect and what we find in practice, july 2023. 5?Hanson, C.E., Towers, D.A., Meister, L.D., Transit Noise and Vibration Impact Assessment, 2006. 6?Edirisinghe, T., Talbot, J., Some observations on the transmission of ground-borne vibration into base- isolated buildings, september 2022. 7?Sanayei, M., Maurya, P., Moore, J.A., Measurement of building foundation and ground-borne vibrations due to surface trains and subways, 2013. 8?Auersch, L., Simple and fast prediction of train-induced track forces, ground and building vibrations. In: Railway Engineering Science 28.3 (sept. 2020), pp. 232?250. 9?Fahy, F., Walker, J., Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibration. Tech. rep. 2004. 10?Persson, N., Predicting railway- induced ground vibrations. Tech. rep. 2016. 11?Arnesson, M., Analysis and Estimation of Residential Vibration Exposure from Railway Traffic in Sweden. Tech. rep. 2016. 12?Huang, S., et al., Train-induced environmental vibrations by considering different building foundations along curved track. In: Transportation Geotechnics 35 (July 2022), p. 100785. 13?SBR richtlijn Meet- en beoordelingsrichtlijn voor trillingen:2013 - Deel B - Hinder voor personen in gebouwen. 14?Spanenburg, M., Dynamische belasting op tribunes (2). Cement 2023/1. 15?Jerath, M., Shibani, M.M., Dynamic stiffness and vibrations of reinforced concrete beams. ACI Journal maart- april 1985. 14? CEMENT 6 2024 CEMENT 6 2024 ?15 Paper Challenges in structural design and execution: Stuttgart's new central station (SC 25/3, p. 1508 ? 1527) Door: Roland Bechmann, Angelika Schmid CONSTRUCTIEF ONTWERP CENTRAAL STATION STUTTGART Het Centraal Station van Stutt - gart wordt volledig verbouwd. Het oude kopstation wordt ver- vangen door een ondergronds doorgaand station. Vooral de nieuwe perronhal springt in het oog. Het is een van de meest veeleisende bouwprojecten ter wereld. Dit onder meer dankzij de hoge belastingen, de verhin- derde vervormingen en de moeilijke funderingssituatie, maar vooral vanwege de com- plexe, dubbelgekromde geome- trie van het dak (vervaardigd met wit beton). Gezien de complexiteit waren de gebruikelijke normen ontoerei- kend. Daarom zijn innovatieve constructieberekeningen uitge- voerd met SOFiSTiK, op basis van verschillende EEM-modellen. De wapening werd vooral be- paald op basis van het beheer- sen van de scheurvorming in het voegloze dak, dat star is verbonden aan de fundering. Spanningen in de constructie worden voornamelijk veroor- zaakt door temperatuur- en krimpeffecten. Scheurwijdtes in de kelder moeten vanwege de waterdichtheid beperkt blijven tot 0,15 mm en die in het dak tot 0,2 mm. Voor het effect van de aardbe- vingsbelasting op de onder- grondse constructie was het oordeel van experts nodig. Voor de uitvoering is een nieuwe digitale planningsmethodologie toegepast. Het project heeft bijgedragen aan de kennis over hoe com - plexe geometrieën kunnen wor - den vervaardigd. Met een toene - mende mate van automatisering in de bouw- en productiefase zullen de bouwkosten voor der - gelijke ontwerpen blijven dalen. Hiermee worden vormen moge - lijk, die meer zijn gericht zijn op het verminderen van materiaal- en grondstoffengebruik. Structural Concrete Vol. 25/3  (juni 2024) bevat een variatie aan papers. Van een selectie van de voor Cement-lezers meest interessante staat in dit artikel een Nederlandstalige samenvatting. Gelezen in Structural Concrete structural concrete RUBRIEK STRUCTURAL CONCRETE Één van de meest toonaangevende internationale vakbladen over betonconstructies is Structural Concrete (SC). SC is het officiële, peer reviewed journal van fib (The international federation for Structural Concrete). Cement plaatst een korte Nederlandstalige samenvatting van een selectie van voor Cement-lezers interessante papers uit ieder nummer van SC (verschijnt 6x per jaar). De volledige papers zijn beschikbaar op onlinelibrary.wiley.com (gratis voor leden van fib). foto 1 De nieuwe perronhal met dubbelgekromd dak (foto: Achim Birnbaum, Stuttgart) 16? CEMENT 6 2024 VERSCHILLENDE BENADERINGEN VOOR DE BEOORDELING VAN DE VEILIGHEID VAN BESTAANDE VOORGESPANNEN BRUGGEN Paper Safety assessment of existing prestressed reinforced concrete bridge decks through different approaches (SC25/3, p. 1637 ? 1657) Door: Mario Ferrara, Diego Gino, Elena Miceli, Luca Giordano, Marzia Malavisi, Gabriele Bertagnoli fig. 2 Vergelijking tussen lokale en globale analyse De beoordeling van de constructieve veiligheid van bestaande gewapende betonconstructies, met name bruggen en viaducten, is voor constructeurs in de infrasector momenteel een van de meest belangrijke aandachtsgebieden. Voor het beoordelen van de constructieve veiligheid zijn verschillende benaderingen moge- lijk. In een Italiaanse studie is de veiligheid onderzocht van be- staande voorgespannen brugdekken met betrekking tot buiging en axiale krachten in de UGT. Hierbij zijn vijf verschillende bena- deringen gehanteerd: de Courbon-theorie, een elastische eindige- elementen-analyse en niet-lineaire eindige-elementenanalyses (NLFEA). Voor die laatste zijn drie veiligheidsfilosofieën gebruikt. De betreffende brugdekken zijn eerst gemodelleerd met behulp van de Courbon-theorie en vervolgens met een ligger-FE-model dat uitsluitend uit balkelementen bestaat. De veiligheidsbeoorde- ling is uitgevoerd door de momentweerstand en het optredende moment in de betreffende sectie te vergelijken, dus via een lokale benadering. Hierbij zijn ontwerpwaarden berekend met behulp van partiële veiligheidsfactoren. Vervolgens zijn de dekken gemo- delleerd met een 3D-NLFEA-model met drie verschillende veilig- heidsfilosofieën in een globale benadering. De toepassing van de verschillende benaderingen leidt tot zeer uiteenlopende conclusies ten aanzien van de veiligheid. De twee lokale benaderingen zijn het meest conservatief en leiden daarom tot een lagere veiligheidsmarge. De toepassing van globale bena- deringen, gebaseerd op globale veiligheidsfilosofieën, resulteert in een grotere veiligheidsmarge, waarbij er een aanzienlijke variatie bestaat afhankelijk van de specifieke veiligheidsfilosofie. In de praktijk kan de strategie worden gehanteerd dat als uit de vereenvoudigde analyses voldoende veiligheid blijkt, het niet nodig is de geavanceerde methodes te gebruiken. Is dit niet het geval, dan kan het economisch zijn over te schakelen naar meer geavanceerde methoden, voordat andere maatregelen worden genomen zoals belastingbeperking. CEMENT 6 2024 ?17 DYNAMISCHE ANALYSE VAN EEN 40 M LANGE LIGGER TIJDENS HET HIJSEN Er bestaan geen aanbevelingen ten aanzien van de toegestane snelheden bij het hijsen van voorgespan- nen betonnen liggers. Dat terwijl er verschillende ge- vallen bekend zijn waarbij liggers tijdens het hijsen zijn bezweken. In een Braziliaanse studie is het dynamische gedrag van een lange, voorgespannen betonnen ligger onderzocht, waarbij kritische hijssnelheden zijn bepaald. Hierbij is de invloed van de excentriciteit van de voor- spankabels en de hijslussen meegenomen. Er zijn 3D-eindige-elementensimulaties uitgevoerd van een voorgespannen betonnen ligger met een over- spanning van 40 m. Spanningen en doorbuigingen zijn bepaald met niet-lineaire analyses. Een frequentiedo- meinbenadering is gebruikt om tijdsafhankelijke resul- taten te analyseren met behulp van de eigen frequen- ties van de ligger, die zijn verkregen door middel van een modale analyse. Hierbij zijn opwaartse, neerwaart - se en laterale bewegingen van de ligger gesimuleerd. De meest significante verplaatsingen en spanningen werden waargenomen bij de hoogste versnellingspie- ken van de ligger. Scheurvorming en daaropvolgend falen kon worden voorkomen bij kraanversnellingen van 0,02 g (v = 20 cm/s) en 0,007 g (v = 7 cm/s), bij verticale respectievelijk laterale bewegingen. De druk- en trekspanningen waren groter dan uit de gebruikelijke statische analyse volgde. De trekspanni- gen werden 27 keer versterkt, de drukspanningen na- men met 11% toe en de doorbuiging van de ligger werd drie keer zo groot. De dynamische effecten werden versterkt door excen- triciteiten. De excentriciteiten van de hijslussen hadden meer invloed dan de excentriciteiten van de voorspan- ning. De beperkte inklemming van de hijslussen leidde tot een lagere eigenfrequentie. Hierdoor werd de ligger gevoelig voor laagfrequente opslingering door kraan- bewegingen, met hogere spanningen en rotatie tot gevolg. fig. 3 Excentriciteiten van de hijslussen en de voorspanning Paper Dynamical analysis of a 40?m span precast posttensioned concrete girder during lifting operations (SC25/3, p. 1658 ? 1675) Door: Gabriel Henrique Arruda Tavares de Lima, Pablo Augusto Krahl, Tiago Morkis Siqueira, Maria Cristina Vidigal de Lima structural concrete 18? CEMENT 6 2024 VERBETERDE METHODE MET BELASTINGOMHULLENDE BIJ KOLOMMEN Paper Biaxial bending of RC rectangular column sections: Improved 'load contour' formulation (SC25/3, p. 1782 ? 1800) Door: Bhargav Narendra Kolapkar, Bijily Balakrishnan, Devdas Menon fig. 4 Typisch 3D-interactiediagram voor dubbele (bi-axiale) buiging In de ontwerppraktijk wordt een willekeurige rechthoekige gewa- pende betonnen kolomdoorsnede meestal getoetst door ervoor te zorgen dat alle mogelijke combinaties van axiale druk (P u) en bi-axiale momenten (M ux, M uy) bij de uiterste grenstoestand binnen de 3D-omhullende van het belasting-momentdiagram liggen. Hoewel zo'n controle wordt vereenvoudigd door softwarepakket - ten, wordt deze traditioneel uitgevoerd op basis van een belas- tingomhullende bij een gegeven axiale belasting (voor het eerst voorgesteld door Bresler). In een Indiase studie is een efficiënt algoritme voorgesteld, met gebruik van een model met integratie van lagen en de zogenoem- de nested bisection-methode. Hiermee kan de 'exacte' belastingom- hullende (en daarmee het volledige interactieoppervlak) worden gegenereerd voor elke symmetrisch gewapende kolomdoorsnede, conform de voorschriften uit ACI 318 (of EC2 of IS 456). Het algoritme genereert ook een veiligheidsmarge, ook wel de demand-to-capacity ratio (DCR) genoemd. Deze is gedefinieerd als de verhouding van het resulterende optredende moment (M u) tot de momentweerstand (M u?), bij een gegeven axiale belasting (P u). Voor een optimaal ontwerp moet de piekwaarde van de DCR, ver- kregen uit verschillende belastingcombinaties, dicht bij 1,0 liggen. De mate waarin de piek-DCR lager (of hoger) is dan 1,0 geeft zegt iets over de overcapaciteit (of ondercapaciteit). Na validatie van het algoritme werd een parametrische studie uitgevoerd met 36 verschillende doorsneden met verschillende hoogte-breedteverhoudingen, wapeningsconfiguraties en wape- ningspercentages. De studie toont aan dat de belastingomhullende niet alleen afhankelijk is van de axiale belasting (zoals momenteel aangenomen in ACI: SP17, EC2 en IS 456), maar ook van het percen - tage langswapening. Dienovereenkomstig zijn er wijzigingen voor- gesteld om de nauwkeurigheid te verbeteren in de benadering van de belastingomhullende volgens de voorschriften, ten behoeve van een economischer en veiliger ontwerp. CEMENT 6 2024 ?19 Paper Cracking and failure mode behavior of hybrid FRP strengthened RC column members under flexural loading (SC 25/3, p. 2164 ? 2182) Door: Taraka M. R. Balla, S. Suriya Prakash fig. 5 Onderzochte proefstukken: (a) referentie, (b) NSM-versterking, (c) EB-versterking, (d) hybride FRP-versterking (HYB), (e) dwarsdoorsnede van het HYB-proefstuk en (f) detail NSM-sleuf SCHEURVORMING EN BEZWIJKGEDRAG VAN MET HYBRIDE WAPENING VERSTERKTE KOLOMMEN Om prestaties bij buiging te verbeteren kan het nodig zijn gewapende betonnen elementen te versterken. Versterking met behulp van vezelversterkte polymeren (FRP) is populair, omdat dit meerdere voordelen biedt ten opzichte van conventionele versterkingsmethoden met staal of beton. Een veelgebruikte versterkingsme- thode is uitwendige verlijming (EB) met koolstof-FRP- lamellen (CFRP). Nadeel van dit systeem is echter dat de lamellen kunnen losraken van het beton. Bij FRP- lamellen die vlak onder het oppervlak worden aange- bracht (Near Surface Mounted, NSM) wordt dit risico verminderd, maar deze methode is minder effectief bij grote drukkrachten. Het is ook mogelijk beide me- thoden te combineren. Deze hybride FRP-versterking (HYB) combineert de voordelen van de NSM- en de EB-technieken. In een Indiase studie is de ontwikkeling van scheuren onderzocht bij HYB-FRP-versterkte kolommen onder zuivere buiging, in vergelijking met EB, NSM en een referentie (traditioneel gewapende kolom). Proefstuk - ken zijn onderworpen aan een vierpuntsbuigproef. De analyse is uitgevoerd met Digital Image Correlation (DIC). De met DIC gemeten scheurwijdtes zijn vergeleken met de analytische voorspellingen op basis van Eurocode 2 en fib bulletin 90. Hieruit volgden een aantal bevindin- gen: - De NSM- en HYB-versterking verbeterden het scheur- gedrag. De scheurwijdte en -diepte waren aanzienlijk kleiner dan het EB-systeem en de referentie. - Bij een ontwerp-scheurwijdte van 0,3 mm was de capaciteit bij EB-, NSM- en HYB-versterking ongeveer 93%, 139% respectievelijk 239% hoger ten opzichte van de referentie. - De NSM-versterking is zeer effectief bij het verbeteren van de momentweerstand. Deze was 99% hoger dan de referentie. De ductiliteit van dit NSM-versterkte proefstuk was echter aanzienlijk lager met bros bezwij- ken tot gevolg. - De HYB-versterking presteerde aanzienlijk beter dan de NSM- en EB-versterking op het gebied van moment - weerstand, zonder in te boeten op ductiliteit. De meer verspreide scheuren leidden tot een hogere energie- opname dan bij de NSM- en EB-versterking. structural concrete Buig- en scheurgedrag van beton met basaltvezelwapening Experimenteel onderzoek aan de TU Delft 1 Experiment met balk met basaltvezelwapening 1 20? CEMENT 6 2024 Reinforcement fibrePolymer matrixFibre reinforced composite In reactie op klimaatverandering streeft de bouwsector naar duur- zamere betonconstructies. Alterna - tieve materialen en methoden worden onder- zocht om de milieueffecten van traditioneel gewapend beton te verminderen. Een van de mogelijkheden is het verduurzamen van de wapening, bijvoorbeeld door toepassing van basaltvezelwapening als alternatief voor wapeningsstaal. Sinds de late jaren 80 winnen alterna - tieve wapeningsmaterialen aan populariteit, vooral uit de FRP-familie (Fibre Reinforced Polymer). FRP-wapeningsstaven combine- ren meerdere materialen waarmee unieke eigenschappen worden gecreëerd. Basalt- vezelwapening behoort tot de FRP-familie. Het bestaat uit sterke basaltvezels en een rigide matrix van bijvoorbeeld epoxy, po- lyester of vinylester (fig. 2). De vezels in de matrix zijn grotendeels bepalend voor de treksterkte van de staaf. Ter bevordering van het hechtgedrag aan het beton kan een gladde staaf worden voorzien van een opper- vlaktevervorming, zoals een zandcoating, geribde profilering of spiraalwikkeling. Van Hattum en Blankevoort is geïnte- resseerd in alternatieven voor wapenings- staal, zoals basaltvezelwapening. Er is veel internationale literatuur beschikbaar waar- uit blijkt dat de eigenschappen en reken- methodiek verschillen van wat we met wape- ningsstaal gewend zijn. Om ervaringen op te doen, is in samenwerking met Van Hattum en Blankevoort een experimenteel onder- zoek opgezet als afstudeerproject aan de TU Delft. Dit onderzoek richt zich specifiek op de stijfheid en het buigscheurgedrag van basaltvezelgewapende elementen. Onderzoeksopzet Het experimentele programma bestond uit twee type testen. Allereerst zijn de mecha - nische eigenschappen van de individuele staven onderzocht en vervolgens het con - structieve gedrag in gewapende balken. Het experimentele onderzoek had een focus op het scheurpatroon en buiggedrag. De onderzochte parameters zijn: trekgedrag van basaltvezelwapening versus wapeningsstaal; buiggedrag van beton gewapend met basalt- vezel versus staal; ontwikkeling van scheurpatronen en scheurwijdte; invloed van staafdiameter, wapenings- IR. KEVIN VAN DER LINGEN Constructeur Van Hattum en Blankevoort auteur Experimenten tonen aan dat basaltvezelwapening anders reageert dan wapeningsstaal: een volledig lineair-elastisch gedrag van het materiaal, bros bezwijken van de wapening en grotere vervormingen van de gewapende proefstukken. Balken met basaltvezelwapening laten meer scheuren zien en grotere scheurwijdte bij lagere belasting, vergeleken met balken gewapend met wapeningsstaal. Deze verschillen benadrukken de noodzaak voor ontwerprichtlijnen. 2 2 Principe van ingebedde vezels in een rigide matrix [1] CEMENT 6 2024 ?21 verhouding en betondekking op buig- en scheurgedrag. Trekproeven Om het gedrag onder trek te onderzoeken is zijn proefstukken gemaakt, die bestaan uit een staaf basaltvezelwapening, ingelijmd in twee ronde stalen buizen (fig. 3). Het proef - stuk is ontworpen volgens richtlijn ACI440.3R [2]. Deze richtlijn schrijft voor dat de buizen aan weerzijden van het blootgestelde deel van de staaf moet worden geplaatst. De uit- einden van de proefstukken zijn geplet om in de bekkenvorm van de machine te passen en voldoende grip te hebben (fig. 3). Conform ACI440.3R moet er minimaal veertig maal de staafdiameter vrije ruimte zijn tussen de buizen, zodat de staaf ongehinderd kan be- zwijken op het zwakste punt. Voor staafdia - meter van 8 mm is dit 320 mm. Met een extensometer is op het bloot- gestelde deel van het proefstuk de rek ge- meten. De trekproeven zijn verplaatsings- gestuurd met een snelheid van 1 mm per minuut (conform ACI440.3R). Resultaten? Voor zowel het bepalen van de mechanische eigenschappen als de statisti - sche interpretatie is gebruikgemaakt van ACI440.1R [3] en ACI440.3R. De verkregen eigenschappen zijn: kracht bij bezwijken; spanning bij bezwijken; rek bij bezwijken; elasticiteitsmodulus. De beproefde basaltvezelstaven hadden alle drie hetzelfde bezwijkmechanisme (foto 4). Tijdens de trekproef bezweken eerst de individuele vezels aan de buitenzijde van de staafdoorsnede (de perimeter). Hierna nam de kracht nog iets toe totdat uiteindelijk de hele staaf bros bezweek. Voor het bepalen van de materiaalei - genschappen beschrijft de ACI440.3R twee methoden: de composietoppervlaktemetho- de en de vezelgehaltemethode. In deze stu - die is de composietoppervlaktemethode aangehouden, omdat de matrix ook invloed heeft op de treksterkte. Op basis van drie testen zijn het gemiddelde, de standaardde- viatie en de variatiecoëfficiënt bepaald. De spanning bij bezwijken is verkregen door de maximale bezwijkkracht te delen door het theoretische oppervlak (staafdiameter 8 mm). De resultaten zijn weergegeven in tabel 1. De trekproeven tonen een zekere spreiding in de spanning-rekrelatie (fig. 5), wat blijkt uit de standaarddeviatie. Hoe klei - ner deze spreiding van de resultaten door variatie in breukrek en maximale trekspan - ning, hoe gunstiger de gegarandeerde eigen - schappen volgens richtlijn ACI440.1R. Sprei - dingen in de testresultaten kunnen worden veroorzaakt door materiaalonvolkomenhe- den of foutieve uitlijning tijdens de testvoor- bereiding van de proefstukken. Voor een vergelijking van de basalt- vezelwapening met wapeningsstaal is uit dezelfde batch als het gebruikte wapenings- staal voor de balkproeven één staaf getest. 3 Ontwerp proefstuk voor trekproeven 4 Bezweken proefstukken na trekproeven AFSTUDEERONDERZOEK Dit artikel is gebaseerd op de afstu- deerstudie 'Flexural Behaviour of Concrete Reinforced With Basalt Fibre Reinforcement Bars' dat Kevin van der Lingen uitvoerde op de TU Delft, facul- teit Civil Engineering & Geosciences, in samenwerking met Van Hattum en Blankevoort. Hij werd voor zijn onder- zoek begeleid door dr.ir. Mladena Lukovic, prof.dr.ir. Erik Schlangen, ir. Jelle Bezemer (TU Delft) en ir. Felix Leenders (Van Hattum en Blankevoort). Ook ir. Sonja Fennis heeft bijgedragen. Een link naar het afstudeerrapport staat op www.cementonline.nl. 3 4 22? CEMENT 6 2024 Het resultaat is een vloeispanning (f y) van 520 MPa en een rek van 0,26%. De uiterste treksterkte (f u) is 600 MPa, met een bijbeho- rende rek van 2,70%. Vierpuntsbuigproeven Om inzicht te krijgen in de stijfheid en het buigscheurgedrag van een betonnen element gewapend met basaltvezelwapening, zijn ver- schillende vierpuntsbuigproeven uitgevoerd (fig. 6). Een vierpuntsbuigproef bestaat uit een tweezijdig scharnierend opgelegde balk en twee aangrijpingspunten voor de belasting. Zo- danig ontstaat er in het midden een zone met een constant moment zonder dwarskracht. De beproefde balken hebben een afmeting van 1900 x 150 x 200 mm 3 (l x b x h). Er zijn vier balken met basaltvezelwapening en twee met wapeningsstaal beproefd. De balken gewapend met wapeningsstaal dienden ter referentie om het gedrag te kunnen vergelij- ken. De balken zijn gecodeerd op basis van het toegepaste wapeningsmateriaal, de wa - peningsconfiguratie en de betondekking. Een overzicht van de beproefde balken is weergegeven in tabel 2. Tussen de aangrijpingspunten is het scheurpatroon gemonitord door middel van Digital Image Correlation (DIC). Dit is een optische techniek, waarbij aan één van Basaltvezel- wapening is lineair-elastisch tot bezwijken Tabel 1?Resultaten trekproeven Kracht bij bezwijken [kN] Spanning bij bezwijken [MPa] Rek bij bezwijken [%] Elasticiteits- modulus [GPa] Proefstuk 1 55,901112,152,0954,16 Proefstuk 2 53,851071,261,8754,86 Proefstuk 3 62,231238,002,3951,44 Gemiddelde 57,331140,512,1253,49 Standaarddeviatie 3,5771,010,211,47 Variatiecoëfficiënt 6,23%6,23%9,94%2,75% 5 5 Spanning-rekdiagram trekproeven 6 Vierpuntbuigproef ontwerp 6 CEMENT 6 2024 ?23 de zijkanten van de balk met verf een spik- kelpatroon (pixels) wordt aangebracht, waar hoogwaardige foto's van worden gemaakt. Met een computerprogramma kunnen ver- volgens de rekken, verplaatsingen en scheurvorming van de balk nauwkeurig in - zichtelijk worden gemaakt. De verticale ver- plaatsing van het midden van de balk is ge- monitord door middel van een laser. Lokale horizontale verplaatsingen (druk en trek) zijn bepaald met LVDT's die aan de zijkant waren aangebracht. Een LVDT (linear varia - ble differential transformer) is een sensor die verplaatsing meet over een zekere afstand. Resultaten ? Een samenvatting van de test- resultaten voor alle geteste balken is gegeven in tabel 3. De belangrijkste resultaten op constructief gedrag zijn de maximale belas- tingen bij bezwijken, de daarbij behorende doorbuiging en de maximale doorbuiging. Met betrekking tot de scheurvorming wor- den het aantal scheuren en de gemiddelde scheurafstand gepresenteerd. Alle balken met een betondekking van 31 mm zijn bezweken bij een belasting van ongeveer 60-65 kN, terwijl alle balken met een kleinere dekking, en daardoor een gro- tere interne hefboomarm, zijn bezweken bij ongeveer 65-70 kN. Beschouwing stijfheidscurves? Een gewa - pend betonnen balk doorloopt over het alge- meen vijf stadia vanaf de eerste belasting tot en met bezwijken: ongescheurd stadium; initiële scheurvorming; gestabiliseerde scheurvorming; vloeien van het wapeningsstaal (niet van toepassing bij basaltvezelwapening); bezwijken betondrukzone. In het ongescheurde traject is een vergelijk - bare stijfheid te zien ongeacht het wape- ningsmateriaal. De balken met basaltvezel - wapening (blauwe lijn) scheuren eerder dan die met wapeningsstaal (rode lijn); de scheur- belasting is respectievelijk 12 en 17 kN. De reden hiervan is dat de gecombineerde stijf - heid lager is vanwege de aanzienlijk lagere stijfheid van basaltvezelwapening. Zodra initiële scheurvorming begint, neemt de wapening de trekkracht over die eerst door het ongescheurde beton werd opgenomen. Na scheurvorming is de door- buiging van de balken gewapend met basalt- vezelwapening aanzienlijk groter dan de balken met wapeningsstaal, wat wijst op een grotere stijfheidsreductie, zoals te zien is in figuur 7. De balken gewapend met staal berei - ken bij een relatief kleine doorbuiging van 5 mm de vloeigrens. Vanaf dit punt neemt de vervorming significant toe terwijl de be- lasting nagenoeg gelijk blijft. Bij basaltvezel - wapening treedt dit fenomeen niet op. Tabel 2?Lijst met beproefde balken Balktype Wapeningsmateriaal Toegepaste wapening [mm²] Betondekking [mm] B-3r8-c31 Basaltvezel 3Ø8 [151] 31 B-2r10-c31 Basaltvezel 2Ø10 [157] 31 B-2r8-c31 Basaltvezel 2Ø8 [101] 31 B-3r8-c11 Basaltvezel 3Ø8 [151] 11 S-3r8-c31 Wapeningsstaal 3Ø8 [151] 31 S-3r8-c11 Wapeningsstaal 3Ø8 [151] 11 Tabel 3?Samenvatting testresultaten balken vierpuntsbuigproef B-3r8-c31 B-2r10-c31B-2r8-c31B-3r8-c11S-3r8-c31S-3r8-c11 Maximum belasting [kN] 61,8965,1759,9671,0559,3864,77 Verticale verplaatsing bij maximum belasting [mm] 25,6425,4732,1621,9017,1717,47 Maximale verticale verplaatsing [mm] 46,8325,4737,7621,9021,7623,87 Aantal waargenomen scheuren 777857 Gemiddelde scheurafstand 71,4371,4371,4362,510071,43 De balken met basaltvezel - wapening scheuren eerder dan die met wapeningsstaal 24? CEMENT 6 2024 7 Bij de balken met basaltvezel - wapening treedt wel voldoende waarschuwings- capaciteit op 7 Stijfheidscurves balken vierpuntsbuigproef Basaltvezelwapening is lineair-elastisch tot bezwijken en dit vertaalt zich in een lineaire stijfheidscurve na initiële scheurvorming. De manier van bezwijken van beide typen gewapende balken verschilde ten op - zichte van elkaar. De balken met wapenings - staal bezweken op de wapening, oftewel vloei. De balken met basaltvezelwapening bezweken op betonstuik. Uit de proeven met de balken met basaltvezelwapening is echter wel gebleken dat er ? hoewel de balk bestond uit materialen met ieder een bros bezwijk - mechanisme ? voldoende waarschuwingsca - paciteit optreedt in de vorm van vervorming, voordat de constructie bezwijkt. De balken met basaltvezelwapening vertoonden, zoals eerder aangegeven, eer- der scheurvorming door hun lagere elastici - teitsmodulus in de ongescheurde doorsnede, zoals verondersteld door Shamass & Cashell [4]. De balken met de grootste interne hef - boomsarm (kleinste dekking) vertoonden de laatste scheurvorming in de belastingscyclus voor beide wapeningsmaterialen. De vroegst waargenomen scheurvorming is gevonden in balk B-2r8-c31 vanwege de laagste wape- ningsverhouding, waardoor de neutrale as het minst naar beneden verschuift. Het be- rekende scheurmoment op basis van de betondoorsnede en de betoneigenschappen van 2,90 kNm met een overeenkomstige kracht van 11,60 kN bleek algemeen accu - raat voor balken met staven basaltvezelwa - pening, maar conservatief voor balken met stalen staven. Afwijkingen kunnen worden toegeschreven aan de werkelijke betoneigen - schappen, waar de berekening was gebaseerd op een veronderstelde betonsterkteklasse van C30/37. De met basaltvezelwapening gewapen - de balken missen het vloeistadium, omdat dit materiaal geen plastische vervorming kent. Bij een belastingniveau van ongeveer 50 kN zijn de scheurpatronen in het gemo- nitorde deel van de balken volledig ontwik - keld (fig. 8). Scheuren in balken gewapend met staven basaltvezelwapening (fig. 8a t/m d) hebben een aanzienlijk grotere scheur- wijdte dan de met wapeningsstaal gewapen - de tegenhangers (fig. 8e en f ). Dit is veroor- zaakt door de lagere elasticiteitsmodulus van staven basaltvezelwapening. Splijtscheuren? Een verschijnsel dat niet was voorzien, is dat er op wapeningsdiepte aanzienlijke horizontale secundaire scheur- vorming is waargenomen bij de balken ge- wapend met basaltvezelwapening. Dat was niet het geval bij de balken met wapenings- staal. De horizontale secundaire scheuren ontstaan uit primaire buigscheuren. Volgens de theorie van Tepfler (beschreven in fib bulletin 40 [5]) is dit mechanisme te wijten aan een te goede aanhechting. Deze secun - daire scheuren laten zich dan ook uitleggen als splijtscheuren. Deze scheuren ontstaan als de spanning ten gevolge van de hechting ter plaatse van de wapening aan het beton de trekspanning van het beton overschrijdt. In de richtlijnen BRL0513 en ACI440 is er ech - ter geen enkele verwijzing naar het ontstaan en beperkingen van dit type scheurvorming. De genoemde spijtscheuren in de balken met basaltvezelwapening en een CEMENT 6 2024 ?25 dekking van 31 mm verschillen bij een ver- schillende hoeveelheid wapening. Bij 2Ø10 (B-2r10-c31) is een significant kleinere ont- wikkeling van dit type scheurvorming te zien, waar bij 3Ø8 (B-3r8-c31) en 2Ø8 (B-2r8-c31) wel over de gehele lengte scheur- ontwikkeling plaatsvindt. Dit is toe te schrij- ven aan de hart-op-hart-afstand in combi - natie met het wapeningspercentage. 2Ø8 (B-2r8-c31) komt neer op dezelfde hart-op- hart-afstand als 2Ø10 (B-2r10-c31), maar heeft een aanzienlijk lager wapeningsper- centage, waardoor de hechtspanning sneller toeneemt in vergelijking met de andere balken. Dit versnelt de ontwikkeling van de splijtscheuren over de lengte. Scheurwijdtes? Basaltvezelwapening wordt veelal geprezen vanwege de hoge trekspan - ningen en dat het niet kan corroderen, waardoor een grotere scheurwijdte wordt toegestaan in relatie tot met staal gewapend beton. Hieruit wordt door menigeen snel de conclusie getrokken dat men uit kan met minder wapening en daarmee eenzelfde weerstand te behalen. Echter suggereert de beschikbare literatuur snellere ontwikkeling van scheurwijdte dan bij elementen gewa - pend met staal. Dit kan echter logisch wor- den verklaard doordat basaltvezelwapening een elasticiteitsmodulus bezit die ongeveer een factor 4 kleiner is. De ontwikkeling van de scheurwijdte is beschouwd met de DIC-gegevens en uitgezet in figuur 9. Deze resultaten bevestigen het- zelfde beeld als de literatuur schetst. Wan - neer dezelfde hoeveelheid wapening wordt toegepast, is te zien dat de ontwikkeling van scheurwijdte bij balken met basaltvezelwa - pening significant sneller gaat. Voor Nederland geldt dat buigscheuren in agressieve omstandigheden voor gewapend beton doorgaans beperkt moeten blijven tot 0,2 mm. In de BRL0513 [6] (de Nederlandse richtlijn voor glasvezelstaven, vergelijkbaar met basaltvezelwapening) zijn scheuren beperkt tot 0,5 mm voor beton met basaltve - zelwapening. Het is dus toegestaan om aan - zienlijk grotere scheuren toe te laten voor composietwapening. Uit het experiment volgt echter dat, ondanks de grotere toegestane scheurwijdte, bij basaltvezelwapening deze grenswaarde bij lagere belastingen wordt ge - haald dan dat wapeningsstaal de strenge grenswaarde behaalt (fig. 9). Een vergelijking met de theoretische modellen om de scheur - wijdtecurves in perspectief te plaatsen, is voor elke beproefde balk in de vierpuntsbuig - proeven weergegeven in figuur 10. De resultaten laten een patroon zien dat er in de balken met basaltvezelwapening een grotere scheurwijdte optreedt, dan uit de 8 8 Volledig ontwikkelde scheurpatronen vierpuntsbuigproef 26? CEMENT 6 2024 9 10 9 Ontwikkeling scheurwijdte en ondergrens w max 10 Ontwikkeling scheurwijdte vergelijking met modellen in normen en richtlijnen Beton met basaltvezel - wapening vertoont een grotere ontwikkeling van scheur- vorming bij dezelfde kracht CEMENT 6 2024 ?27 berekening zou moeten volgen. Dat terwijl de opterende scheurwijdte in balken met wape - ningsstaal vrij goed lijkt te overlappen. De balk met 3Ø8 en dekking 11 mm (B-3r8-c11) echter laat een aanzienlijk grotere afwijking zien ten opzichte van de afwijkingen van de andere balken. Dit is toe te schrijven aan de kleinere betondekking, waardoor een grote - re gevoeligheid ontstaat voor het ontstaan van splijtscheuren. Dit sluit aan bij de theo - rie van Tepfler, die stelt dat een kleinere dekking leidt tot een grotere gevoeligheid voor splijtscheuren. Een theorie van Harajli [7] stelt dat het ontstaan splijtscheuren als gevolg heeft dat de hechtsterkte van de wa - peningsstaaf aan het beton afneemt. Deze afname van hechtsterkte heeft weer als ge - volg dat de benodigde afstand om spannin - gen over te brengen van de wapening naar het beton, groter wordt. Hierdoor ontstaat een grotere scheurafstand over het gemoni - torde deel van de balk, wat uiteindelijk leidt tot grotere ontwikkeling van scheurwijdte. Conclusie Het afstudeeronderzoek heeft zich voorna - melijk gericht op het buig- en scheurgedrag van balken gewapend met basaltvezelwape - ning. Deze balken zijn vergeleken met twee referentiebalken uitgevoerd met wapenings - staal. De balken met basaltvezelwapening vertonen significant meer doorbuiging en vertonen eerder scheurvorming. Dit is te relateren aan de lagere elasticiteitsmodulus van de staaf zelf. Deze lagere elasticiteitsmo - dulus zorgt ervoor dat de neutrale lijn van een ongescheurde sectie minder naar de trek - zone verschuift. Hierdoor wordt eerder de scheurspanning van het beton overschreden. Na het scheuren van het beton biedt de basaltwapening minder weerstand tegen vervorming. Basaltvezelwapening is volledig lineair elastisch, wat ook terug te zien is in de stijf - heidscurve van de balken. De balken met wapeningsstaal laten na scheur