Functies van een oplegging

Opleggingen zijn de verbindingen tussen de boven-  en onderbouw van een constructie. Hun functie is het op de gewenste plaats overdragen van belastingen en het mogelijk maken van bewegingen van de bovenbouw. Deze definitie geldt voor alle oplegmaterialen, zowel in de woning- en utiliteitsbouw als in de grond-, weg- en waterbouw. Hoe groter de overspanning, belasting en/of temperatuurinvloed, hoe complexer de oplegging. Aan de hand van de functies worden in dit artikel de mogelijkheden en beperkingen van verschillende typen oplegmaterialen besproken. Voor aanvullende informatie wordt verwezen naar eerder gepubliceerde artikelen.

Een oplegging concentreert belastingen op de drager. Niet alleen het oplegmateriaal maar ook het steunpunt moet daar tegen bestand zijn. Met name bij de bouw van kunstwerken speelt dit een rol. De betonnen drager van bijvoorbeeld een SMS-bolsegmentoplegging moet een hoge sterkteklasse hebben. Bij woning- en utiliteitsbouwprojecten heeft de onderbouw doorgaans voldoende draagkracht. Hier is de belastingcapaciteit van de oplegging zelf – deze varieert van 1 tot 25 N/mm² – de beperkende factor. Het betonoppervlak moet echter wel de trekspanningen kunnen opnemen die worden gegenereerd door de vervorming van een (ongewapende) rubberen oplegging. Horizontale belastingen worden overgedragen via wrijving en, waar nodig, mechanische verankeringen.

Belastingen uit het opgelegde bouwdeel kunnen uiteraard ook zonder oplegging worden overgebracht op het steunpunt. Bij een direct contact gebeurt dit echter niet op de gewenste plek. Al bij een lichte doorbuiging van de ligger komt alle belasting op de rand van het steunpunt met als gevolg deformatie of afboeren. In de Eurocode worden de minimale randafstanden vermeldt voor punt- en lijnopleggingen op verschillende ondergronden.

Rotaties zijn de belangrijkste reden om oplegmateriaal toe te passen. Oplegvilt is nauwelijks in staat variërende doorbuigingen op te nemen. Rubber kan dat wel. Hoe hoger het aandeel elastomeer in het rubbermengsel, hoe sneller de elastische reactie. Dit is van belang bij de keuze van ongewapend oplegmateriaal voor bijvoorbeeld een snel leegstromende parkeergarage bij een voetbalstadion. Bij brugopleggingen is de kwaliteit van het rubber van elastomeer- en potopleggingen vastgelegd in norm EN 1337.

De maximale rotatie is altijd bepalend bij de selectie van het type opleggingen of het formaat. Voor op rubber gebaseerde opleggingen geldt: hoe hoger of smaller de kern, hoe meer rotatie. De onderlinge verhouding van de afmetingen wordt echter begrensd door andere materiaaleigenschappen en de daarop gebaseerde rekenregels. Van de moderne brugopleggingen kunnen bolsegmentopleggingen de grootste hoekverdraaiingen opnemen.

Onder translaties verstaan we alle lengteverandering van het opgelegde bouwdeel als gevolg van krimp, kruip, relaxatie en naspannen. Al dan niet gewapende elastomeeropleggingen kunnen bewegingen elastisch opvangen. De rechthoekige doorsnede vervormt daarbij tot een ruit. Hoe hoger de oplegging, hoe meer horizontale beweging mogelijk is. Ook hier gelden echter beperkingen. Stalen brugopleggingen kunnen zonder extra voorzieningen helemaal geen translaties opnemen. Ze worden uitgevoerd als glijoplegging door ze te voorzien van een ‘combinatie van oppervlakken die relatieve verplaatsingen mogelijk maken’ aldus EN 1337-2. In de praktijk gaat dat om teflon in combinatie met een gepolijst roestvaststalen ‘tegenspeler’.

Alle bewegingen worden geacht een minimale weerstand op te wekken in de oplegging en dus een te verwaarlozen invloed te hebben op het ontwerp van de hoofdconstructie stelt PVO. Dat is ten dele juist. Ook een lage initiële wrijving veroorzaakt een reactiekracht. Bij de overdracht van gegevens ten behoeve van een dimensioneringsberekening is van belang deze wrijving niet als horizontaalkracht op te geven.

Translaties in de zin van een parallelle verplaatsing kunnen ook worden veroorzaakt door bijvoorbeeld rem- of aanrijdkrachten. De vraag doet zich voor of zo’n kortstondig optredende belasting tot een rekenkundig bepaalde vervorming zal leiden. Elastische vervorming is immers een traag proces. In de praktijk zijn de meeste horizontaalkrachten echter zo groot dat de brugoplegging moet worden voorzien van een vasthoudconstructie.

Corrosiewering van opleggingen en voegovergangsconstructies

In een ideale wereld zouden stalen opleggingen en voegovergangsconstructies een even lange levensduur hebben als het kunstwerk waarin ze worden toegepast. De praktijk is echter anders. Daarom wordt rekening gehouden met vervanging. Het tijdstip van uitruil, renovatie of onderhoud dient zo ver mogelijk in de toekomst te liggen. Goede corrosiewering speelt daarbij een belangrijke rol. Opleggingen en ‘brugvoegen’ worden immers altijd toegepast in een agressieve omgeving met dooizouten. Opdrachtgevers stellen terecht hoge eisen aan corrosiewering. In dit artikel wordt beschreven hoe daar mee om wordt gegaan.  

De geldende Europese normen (ETAG 032 voor voegovergangsconstructies, EN 1337 voor opleggingen) stellen geen eisen aan corrosiewering. Door de Vlaamse overheid wordt dat geregeld in Standaardbestek 260, de Nederlandse eisen staan in de RTD’s 1007 en 1012.

Rijkswaterstaat heeft bij voegovergangsconstructies een van andere Europese landen afwijkende voorkeur voor thermisch verzinken. De fabrikant besteedt dit uit aan een gecertificeerde verzinkerij. In het proces zitten geen meetbare tussenstappen. Met een diktemeting wordt het eindresultaat gecontroleerd.

Bij opleggingen kiest Rijkswaterstaat simpelweg voor de hoogste corrosieklasse uit norm ISO 12944 (prestatie-eis). De Vlaamse overheid daarentegen omschrijft middels een ‘voorbeeldsysteem’ heel precies wat moet worden toegepast en neemt daarmee de verantwoording voor de geschiktheid. Zo’n strak voorgeschreven verfsysteem is een probleem voor onze fabrikant van rubber brugopleggingen. Het aanbrengen van corrosiewering is geen dagelijks werk en SNAC is gecertificeerd voor het aanbrengen van één C5 verfsysteem. De specifieke wensen die men in Vlaanderen heeft, kunnen niet onder CE-keur worden verwezenlijkt. In tegenstelling tot Schreiber Brücken Dehntechnik (SBD), onze fabrikant van stalen opleggingen, beschikt SNAC ook niet over een zinkspuitcabine.

In het door CEN goedgekeurde Factory Production Control (FPC) van SBD zijn alle facetten van het aanbrengen van corrosiewering beschreven: voorbereiding van het oppervlak (stralen en reinigen), schooperen (vlamspuitverzinken) en het met een verfspuit of een kwast aanbrengen van onder-, tussen en eindlagen. Tot in detail beschreven zijn de instellingen van en het gebruik van de spuitapparatuur. Het protocol schrijft voor dat de temperatuur van de werkplaats en het object, luchtvochtigheid en het dauwpunt voor aanvang van de werkzaamheden worden gecontroleerd. Van elke tussenlaag moet de dikte worden gemeten. De gecertificeerde vakkracht beschikt daartoe over de hulpmiddelen als een oppervlakteruwheid vergelijker en een digitale diktemeter. Alles wordt gecontroleerd maar niet geregistreerd. Beoordeling behoort tot het vakmanschap van de betreffende medewerker.

Bij diktemetingen wordt rekening gehouden met het feit dat verflagen tijdens het uithardingsproces in dikte afnemen. Een diktemeting zegt overigens niets over kwaliteit. Van groter belang is hoe vast de lagen zitten. Op verzoek van kritische klanten kan desgewenst een hechtproef worden uitgevoerd.

Op de door de klant goedgekeurde productietekeningen is het corrosieweringssysteem vermeld. Bij de meeste projecten gaat het om een standaardopbouw voor de hoogste corrosieklasse. Bij Belgische orders is het echter oppassen geblazen. De ‘voorbeeldsystemen’ wijken af van hetgeen elders in Europa gangbaar is en het totale systeem is doorgaans veel dikker. Laagdikten zijn in Standaardbestek 260 tot op 10 micron nauwkeurig omschreven. Realisatie is een lastige opgave als bedacht wordt dat een met de kwast aangebrachte verflaag zo’n 80 micron dik is. Als de verf zeer schraal wordt opgebracht – bijvoorbeeld bij het contactvlak met sinusplaten – is de dikte circa 40 micron en bij een laag van 120 micron krijgt men druipers of, in het Vlaams, ‘aflopers’. Een in heel Europa gangbare regel als de 50 mm strook op het contactvlak van het staal en beton wordt niet altijd op tekening vermeld. Dit roept soms vragen op.

Een recente ontwikkeling is het opvragen van rapportages van werkomstandigheden en dikten van tussenlagen. Bij buitenschilderwerk is dit wellicht zinvol. In geval van corrosiewering de wordt aangebracht onder geconditioneerde omstandigheden moet het gezien worden als uitwas van de vinkjescultuur.  

Vinkjescultuur

Ruim veertig jaar geleden werd in het bedrijfsleven de eerste internationale norm voor kwaliteitsmanagement geïntroduceerd. Met een ISO 9001-certificaat kan worden aangetoond dat een organisatie in staat is om te voldoen aan de eisen van klant. Het zegt echter nog niet veel over de kwaliteit van het eindproduct. Bij de inwerkingtreding van de interne markt voor de Europese Economische Ruimte op 1 januari 1993 nam de internationale handel toe en ontstond behoefte aan productcertificatie. Vrij verkeer van goederen is immers alleen mogelijk als voor alle lidstaten dezelfde kwaliteitseisen gelden. Het controlesysteem is simpel: met één document verklaart een CE-gecertificeerde fabrikant dat de bouwstof voldoet aan alle relevante eisen met betrekking tot prestatie, veiligheid, gezondheid en milieu. Deze eenvoud wordt helaas in toenemende mate ondergraven door opdrachtgevers die aanvullende wensen hebben op het gebied van bewijslast.

Het productieproces van de CE-gecertificeerde fabrikant is beoordeeld door een zogenoemde aangemelde instantie (Notified Body of NoBo). Deze NoBo’s zijn onafhankelijk en aangesteld door CEN, de standaardiseringsorganisatie van de EU. Een belangrijk onderdeel van certificering is de beoordeling van het FabrieksProductieBeheersingssysteem (Factory Production Control of FPC). Daarin zijn alle stappen van het fabricageproces alsmede tussen- en eindcontroles beschreven. De FPC omvat verder onder meer de specificatie en verificatie van grondstoffen en bestanddelen. Dat betekent dat ook van toeleveranciers een aantoonbare en nauw omschreven kwaliteit wordt gevraagd. Opdrachtgevers die op dit gebied extra eisen stellen, hebben de CE-certificering niet goed begrepen. Zie het artikel ‘Shoppen in normen’.

De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland vermeldt onder het kopje ‘Verantwoordelijkheden ondernemers’ op zijn website het volgende: ‘Met CE-markering verklaart de fabrikant onder eigen verantwoordelijkheid dat zijn product voldoet aan alle essentiële eisen van de toepasselijke EU-richtlijn(en). Hiertoe moet een fabrikant een conformiteitsbeoordeling uitvoeren, een technisch dossier samenstellen, een EG- of EU-conformiteitsverklaring opstellen, zo nodig gebruiksaanwijzingen meeleveren en de CE-markering aanbrengen op zijn product.’ Door ondertekening van de conformiteitsverklaring, neemt de fabrikant de volledige verantwoordelijkheid en aansprakelijkheid voor het product. Het technisch dossier blijft in principe bewaard in het archief van de fabrikant. Het kan in voorkomende gevallen worden teruggevonden aan de hand van het unieke serienummer dat zowel op het product als op de prestatieverklaring is terug te vinden.

In toenemende mate worden wij als vertegenwoordiger van de maakindustrie geconfronteerd met de vraag om kwaliteitsdossiers aan te leveren. Vaak gaat het om documenten die toch al zijn opgeslagen in het bovengenoemde technisch dossier. Soms gaat het echter zover dat bewijs wordt geëist van extra controles. Zaken die volgens het goedgekeurde FPC helemaal niet (hoeven te) worden gedocumenteerd. In feite betekent het vooraf, zonder aanleiding, moeten aandragen van bewijsstukken dat wordt getwijfeld aan de vakbekwaamheid van de producent en zijn medewerkers. Anders gezegd: het door CEN opgetuigde systeem wordt niet vertrouwd. Eerder zagen we dit al bij gewapend rubber brugopleggingen. Zie dit artikel.

Verpleegkundigen en onderwijzers zijn al lang ontevreden met de toenemende administratieve taken en regels. Ze kozen ooit voor hun vak omdat zij zorg of onderwijs willen geven. Niet om allerlei overbodige tests af te nemen en controlelijsten in te vullen. Een beroepskracht wil beoordeeld worden op zijn of haar vakmanschap. Het bevredigen van de administratieve behoefte van managers hoort daar niet toe en mag geen hoofdtaak zijn. Hetzelfde geldt voor uitvoerend technici. Zij willen niet de klerk uithangen maar met hun handen een mooi product maken.

Lang leek de bouwsector gevrijwaard te blijven van de vinkjescultuur. Helaas is nu ook hier de procesmanager ten tonele verschenen. Onze productiechefs zijn inmiddels meer op kantoor te vinden dan in de werkplaats waar ze hun medewerkers zouden moeten begeleiden. Uit vacatureteksten blijkt dat een ‘procesmanager bouw’ niet per se verstand van het vakgebied hoeft te hebben. Het is hooguit een pre. Het gaat immers om bewaking van het proces. Daarbij wordt de fout gemaakt dat vakmanschap en beroepseer niet vervangen kunnen worden door controlelijstjes. Vinkjes zeggen niets over kwaliteit.  

Montage van brugvoeg type 2c

Met ‘renovatievoeg’ type 2d volgens ETAG n°032 deel 4 is veel ervaring opgedaan. Nederland ligt er vol mee. De montage van type 2c is een relatief nieuwe ervaring. Alhoewel de variant al decennia bestaat, werd deze noch in het thuisland van onze fabrikant SBD, noch in de Benelux vaak voorgeschreven. De reden moet worden gezocht in de vereiste inbouwomstandigheden. Recent heeft onze montagepartner Strukton ervaring opgedaan met de inbouw van zo’n tweehonderd meter bij een project in Gent. Dit artikel gaat over de bevindingen.

In het artikel ‘renovatievoegen’ behandelden we de voorgeschreven renovatiemodellen van de enkelvoudige voegovergangen met klauwprofiel. Type 2c is vermeld in standaardbestek 260. Onlangs werd het echter ook voorgeschreven in een Nederlands bestek. Type 2c wordt ‘door middel van hechting’ verbonden aan beton en asfalt van landhoofd en brugdek. De verbinding wordt verkregen met een uit polymeerbeton gemaakte overgangsbalk tussen walsprofiel en ondergrond. Deze maakt deel uit van de constructie. Om de gewenste hechting te verkrijgen is een aaneengesloten droge periode van circa vier dagen vereist en een bepaalde temperatuur en luchtvochtigheid. Zie ook het feitenoverzicht concept 1.4a1 in de MKM.

Tot dusver heeft geen enkele fabrikant van voegovergangsconstructies een ETA-certificaat volgens ETAG 032. In de voorfase werd door middel van een referentielijst echter afdoende aangetoond dat het fabricaat “minstens vijf jaar in vergelijkbare omstandigheden werd toegepast, waarbij de deugdelijkheid gedurende minstens 25 jaar werd aangetoond”.

Het project ‘Gent N60 – brugrenovatie’ werd in 2019 in opdracht gegeven bij Stadsbader. Buiten het vervangen van de voegovergangsconstructies moesten ook opleggingen en asfalt worden vernieuwd. De beoogde uitvoeringstermijn was in het voorjaar van 2020 maar door twijfels over de stevigheid van het viaduct, aanvullende onderzoek en versteviging van de pijlers werden de werkzaamheden twee jaar uitgesteld.  Fase 1 vond plaats in de zomer van 2022, fase 2 in oktober. Gelukkig was het in beide perioden enige dagen ononderbroken droog waardoor speciale maatregelen achterwege konden blijven.

Voor aankomst van de montagespecialisten van Strukton Civiel werd het wegdek inclusief de voegen volledig geasfalteerd. Vervolgens werd de benodigde sparing door de hoofdaannemer ingezaagd en het asfalt uitgebroken. Dit zagen dient nauwkeurig te worden gedaan. Bij een te grote sparing is onnodig veel duur polymeerbeton nodig! Ook het uitbreken dient voorzichtig te gebeuren in verband met beschadiging van beton en asfalt. Strukton maakte de voeg vervolgens schoon en straalde het contactvlak. Het behoeft geen toelichting dat het stralen droog dient te gebeuren. Daarna werden de voegovergangsconstructies op hun plaats gebracht en gesteld. Daarvoor zijn twee methoden beschikbaar. Het Expertisebureau Beton & Staal van de Vlaamse overheid (EBS) bepaalde dat de constructie moest worden “opgehangen” aan hoeklijnen die werden afgesteund op het asfalt. De andere methode  – stellen op stekken – had de voorkeur van onze montagespecialisten omdat daarbij geen fixatie in het asfalt nodig is. Niet onbelangrijk is te vermelde dat elke vorm van transport de nodige aandacht heeft. Een type 2c is veel minder stijf dan andere varianten en verbuigt snel.

Omdat het bij dit project ging om voegen van veertig meter, moesten een aantal veldlassen worden aangebracht. Deze verbindingen werden gestraald en vervolgens met het meegeleverde verfsysteem geconserveerd. Op advies van onze fabrikant SBD werd Vibrox XL van de Belgische fabrikant Resiplast gebruikt. Met dit polymeerbeton werd bij eerdere projecten goede ervaringen opgedaan. Het materiaal werd in twee lagen aangebracht. Daarbij werd de verhouding tussen de componenten afgestemd op de omstandigheden. Bij een schuine ondergrond moet de mortel immers goed blijven staan en niet teveel vloeien. De mortel werd afgestrooid met een steenslag voor voldoende stroefheid. Tot slot werd de voeg afgedicht met een voegrubber. Daarna kon de weg weer worden opengesteld voor verkeer.

Rekenregels EN 1337-3

Bij de formele toetsing van de herziene EN 1337 door de Europese Commissie werd geoordeeld dat de norm inhoudelijk niet in overeenstemming is met de Bouwproducten Verordening (Construction Products Regulation, CPR) die op 1 juli 2013 in werking is getreden. Het belangrijkste bezwaar is dat een norm geen ontwerpprocedures en rekenregels mag bevatten. En dat is met name het geval in deel 3 ‘Opleggingen van elastomeren’. Inmiddels ligt het proces al weer jaren stil en werken we nog altijd met de oorspronkelijke norm. In dit artikel worden de rekenregels uit deel 3 onder de loep genomen. Daar valt wel een en ander op aan te merken.

De Europese norm 1337 ‘Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’ werd in 2005 gepubliceerd. Een jaar later al werd besloten om een nieuwe versie te maken waarin technische slordigheden en tekstfouten zouden worden hersteld. Ook moest de norm beter aansluiten op de Eurocode. De herziene versie werd in 2018 als prEN 1337 voorgelegd aan de lidstaten. In hetzelfde jaar werd het commentaar verwerkt en daarmee was het document klaar voor de formele afronding. Hier stopte het proces. Een oplossing wordt nu gezocht in het splitsen van de norm in een geharmoniseerd en een aanvullend deel. In het artikel ‘Herziening productennormen voor opleggingen gestrand’ van Evert van Vliet is uitgebreid beschreven waarom de verbeterde normenserie nog steeds niet gepubliceerd is.

In de praktijk zal het niet heel veel uitmaken of de rekenregels nu binnen of buiten de reikwijdte van de CPR vallen. Helemaal afschaffen zou echter zeer onverstandig zijn. De markt is immers het meest gebaat bij duidelijkheid. Zo worden voor B&U opleggingen tot op de dag van vandaag de formules toegepast uit de in 2016 vervallen norm DIN 4141. Inmiddels zijn voor deze opleggingen ook andere rekenmethoden ontwikkeld hetgeen een productvergelijking lastig kan maken.

De beoordelingsgrondslagen in de geldende norm zijn nog altijd gebaseerd op de lineair-elastische theorie van Topaloff uit 1964. Daarin speelt de vormfactor een belangrijke rol. Met verschillende toetsen wordt gecontroleerd of een bepaald formaat oplegging voldoet aan eisen ten aanzien van vervorming, opname van de hoekverdraaiing, knikstabiliteit, weerstand tegen glijden en de minimale verticale belasting. Door te spelen met afmetingen en opbouw kan een oplegging worden gevonden die voldoet. Soms is dat een kwestie van puzzelen met een speciaal formaat als gevolg.

Een toetsingsmethode die rekenwaarden hanteert voor belastingen én vervormingen is echter een bron van fouten. Waar in de voorlopers van de geldende norm belastingen, translaties en rotaties apart beoordeeld werden, worden nu beoordeeld of de interne schuifspanningen nu samen een bepaalde waarde niet overschrijven. Geen gekke gedachte maar de verschillende schuifkrachten kunnen alleen worden opgeteld als die van gelijke orde zijn. Dat is de reden dat ook rotatie en lengteverandering van het opgelegde bouwdeel in uiterste grenstoestand (UGT) moeten worden opgegeven. Dit is tegen alle basisregels van de constructieleer in. Overigens hadden de auteurs daar wel oog voor. We zien bij de toets van de horizontale vervorming (§ 5.3.3.3) de opmerking staan dat de grenswaarde 1,00 werd berekend door vermenigvuldiging van de oorspronkelijke grens van 0,7 met veiligheidsfactor 1,4.

De Nederlandse schaduwcommissie die zich heeft beziggehouden met de herziening van de norm pleit voor aanpassing van de wrijvingsweerstand (§ 5.3.3.6). In de formule wordt een coëfficiënt K_f gebruikt die voor beton drie maal zo hoog is als voor ‘overige materialen’. Onder die laatste categorie valt ook stelmortel. Gebruik van de verkeerde factor kan van invloed zijn op het aan de wandel gaan van opleggingen. Na uitgebreid onderzoek adviseert PVO dan ook om de factor K_f = 0,6 liever niet te gebruiken. Heeft een optimistische rekenaar daar echter een boodschap aan?

Renovatievoegen

In het Europese beoordelingsdocument (EAD) ‘Nosing expansion joints’ vinden we de eisen die gelden voor een veel toegepast type voegovergangsconstructie. Onder ‘nosing joints’ vallen de bekende enkelvoudige voegovergangen met klauwprofiel. In dit artikel worden de varianten behandeld die bekend staan als ‘renovatiemodellen’. Beide typen zijn ook opgenomen in de Meerkeuzematrix (MKM) van het Nederlandse Rijkswaterstaat. Dit document wordt tegenwoordig ook in België regelmatig geraadpleegd.

Op zoek naar een geschikte vertaling voor ‘nosing joints’ valt op dat de term eigenlijk niet past in het rijtje van verschillende ’families’. Vinger-, matten- en lamellenvoegen worden genoemd naar hun verschijningsvorm. Nosing joints hebben als overeenkomst dat de voegwanden dicht – neus aan neus – bij elkaar staan.

EAD 120109-00-0107 vervangt de technische specificatie ETAG 0032 deel 4. Tussen EAD en MKM (RTD 1007-1) bestaan kleine verschillen in begripsomschrijvingen. De term ‘nosing joint’ is in de MKM onvertaald overgenomen. De definitie luidt ‘voegovergang met stalen randprofielen met of zonder overgangsbalken van beton, kunsthars of elastomeer. De voegspleet tussen de randprofielen wordt gevuld met een flexibele niet verkeer dragende voegafdichting’. Helemaal consequent is dit niet. Bij concept 1.3a is het randprofiel van aluminium en in de concepten 1.5a en -b is rond de compressieprofielen ook geen metalen randprofiel te ontdekken. In de EAD hoeven de randprofielen niet van staal of metaal te zijn gemaakt. Beton, kunstharsmortel of elastomeer is ook goed. Wel dient de flexibele voegafdichting op zijn plaats te worden gehouden door ankers (type 1, zie Annex A). In de EAD is dus kennelijk geen plek voor compressieprofielen VA of ACME.

De in Nederland en België gebruikte renovatiemodellen vallen beide onder type 2: ‘het afdichtingselement wordt op zijn plaats gehouden door klemming en/of verlijming of compressie’. In beide gevallen gaat het om klauwen die het tussenrubber omklemmen. Net als bij de nieuwbouwmodellen (type 2a) moet het tussenrubber worden ingelepeld. Tussenrubber en de vorm van de klauw zijn per fabrikant dezelfde als die van de nieuwbouwvariant. Het verschil zit in de verankering van de klauwen.

In Standaardbestek 260 van de Vlaamse overheid wordt bij renovatiewerk type 2c voorgeschreven. Deze variant wordt ‘door middel van hechting’ verbonden aan het beton van landhoofd en brugdek. De hechting wordt verkregen met een overgangsstrip tussen het walsprofiel en de aangrenzende constructie. De overgangsbalk maakt deel uit van de constructie. In de MKM vinden we dit type voegovergangsconstructie onder concept 1.4a1 ‘onverankerde stalen randprofiel met ingeklemde voegprofielen zonder geluidreducerende voorzieningen’. Uit het informatieblad (‘factsheet’) blijkt dat deze variant in Nederland niet vaak is toegepast. Ook de Duitse referentielijst van onze fabrikant SBD is niet lang. In de afgelopen twintig jaar werden slechts zo’n dertig projecten gerealiseerd. De reden moet worden gezocht in de vereiste inbouwomstandigheden. Om de gewenste hechting van minimaal 1,5 N/mm² te verkrijgen is een aaneengesloten droge periode van circa vier dagen vereist en een bepaalde temperatuur.

In Nederland wordt bijna altijd een type 2d toegepast. In veel rijks- en provinciale wegen zien we de kenmerkende verankeringsstrips van deze voegovergangsconstructies. Type 2d wordt gekenmerkt door een combinatie van hechting aan de ondergrond aangevuld met de toepassing van lijmankers. De MKM maakt onderscheid tussen de concepten zónder (1.2b1) en mét (1.2b2) geluidreducerende voorzieningen. In tegenstelling tot type 2c is de variant nauwelijks gevoelig voor de weersomstandigheden. Ze kunnen in ieder seizoen worden ingebouwd. Een interessant aspect is de verankering met lijmankers. Rekenkundig gezien dienen de stekken (U-vorm of 2x L) strak naast de verankeringsstrips te worden aangebracht. In verband met de al aanwezige wapening lukt dat niet altijd en worden andere plekken gezocht. In de praktijk blijkt dat ook te functioneren. Kennelijk draagt de hechting van het staalvezelbeton ook het nodige bij aan de verankering.

Foto Algerabrug: Witte Slurink

Elastomeer

Elastomeren zijn ‘synthetische polymeren met rubberachtige eigenschappen’, aldus Wikipedia. In gewoon Nederlands hebben we het dan over ‘rubber’. De Vlaming kent het materiaal als ‘neopreen’. Het is doorgaans zwart, soms met staal gewapend en altijd elastisch: na belasting neemt het zijn oorspronkelijke vorm weer aan. Een ideale eigenschap in de oplegtechniek! Een opgelegd bouwdeel vervormt immers doorlopend onder invloed van wisselende belastingen en temperatuur. Lengteveranderingen en variërende doorbuigingen worden door een goed gedimensioneerde rubber oplegging gedurende de levensduur van het bouwwerk opgenomen. Niet elk rubber is echter geschikt als oplegmateriaal. Dit artikel behandelt in het kort de mogelijkheden die rubbertechnologen hebben om tot een geschikt eindproduct te komen.

Een definitie van een synthetische stof is dat deze ‘kunstmatig langs chemische weg’ wordt gemaakt. Deze omschrijving geldt dus niet alleen voor rubbers waarvan het hoofdbestanddeel uit aardolie wordt gemaakt maar ook voor natuurrubber (NR). Zonder chemische bewerking en toevoegingen kan met het sap van de rubberboom immers niet het gewenste eindproduct worden verkregen.

Polymeren worden onderscheiden in thermoplasten, thermoharders en elastomeren. Thermoplasten zoals PVC, polyethyleen en teflon hebben niet of nauwelijks vertakte ketens. Ze kunnen makkelijk vervormen. Bij thermoharders zijn de molecuulketens in sterke mate verbonden. Vaak worden ze in twee componenten bijeengebracht om tot het eindresultaat te komen. Voorbeelden zijn bakeliet, polyester en epoxy. Qua vernetting (cross-linking), ofwel de verknoping van molecuulketens, bevinden elastomeren zich tussen de thermoplasten en thermoharders. Na een vervorming veert het product weer terug.

Naast NR zijn EPDM, chloropreen (CR) en SBR de meest bekende grondstoffen voor oplegmaterialen. Deze hoofdcomponent (gewichtsaandeel 20 tot 60%) is ook altijd de naamgever van het eindproduct. We spreken dan bijvoorbeeld over ‘EPDM-rubber’. Een rubbermengsel bestaat verder uit vulstoffen, weekmakers, anti-verouderingsmiddelen en vulkanisatie-activators. In totaal gaat het om zo’n tien tot dertig bestanddelen. De mogelijkheden zijn bijna oneindig.  

Met name de ingrediënten met een hoog gewichtsaandeel zijn bepalend voor de kwaliteit. Een rubbermengsel bestaat voor 20 tot 50% uit verschillende vulstoffen. De actieve varianten hebben een grote invloed op treksterkte, slijtvastheid, hardheid en weerstand tegen veroudering. Passieve vulstoffen worden gebruikt om de productiekosten te drukken. Weekmakers (gewichtsaandeel ca. 20%) zijn nodig om de verwerkbaarheid van het mengsel te vergroten. Ze hebben onder meer invloed op de hardheid, thermische toepassingsgrenzen, rek, elasticiteit en elektrische geleiding. Hoogwaardige weekmakers hebben een grote chemische gelijkenis met de molecuulketens van het rubber. Ze worden gemakkelijk geabsorbeerd in het mengsel. Kwaliteit en het gehalte hebben een grote invloed op alle relevante materiaaleigenschappen en dichtheid van de vernetting.

Deze dwarsverbindingen tussen verschillende monomeerketens worden gemaakt door middel van vulkanisatie. Het homogene rubbermengsel wordt onder druk in een mal tot een hoge temperatuur verhit. Het wordt vloeibaar. Onder invloed van de juiste chemicaliën worden de losse verwarde polymeerketens aan elkaar verbonden en krijgen hun permanente ruimtelijke ordening. Het doel van vulkanisatie is het verkrijgen van het optimale aantal knooppunten, de vernettingsdichtheid. Dit is medebepalend zijn voor de fysische eigenschappen van het eindproduct. De invloed van de mate van vernetting op de eigenschappen van het eindproduct wordt hieronder weergegeven. Bij een hoog aantal knooppunten neemt de hardheid tot een zeker punt toe en de blijvende vervorming (compressieset) wordt minder.  De optimale scheurweerstand en treksterkte worden echter al bereikt bij minder knopen.

De eisen aan oplegmaterialen die worden gebruikt in civieltechnische toepassingen zijn vastgelegd in tabel 1 van norm EN 1337-3:2005. Onderscheid wordt gemaakt in proeven op het eindproduct (tabel 7) en tests op het halffabricaat (tabel 8)! Voor oplegrubber in bouwkundige toepassingen gelden momenteel geen eisen in de Benelux-landen. Zeker bij hoog belaste puntopleggingen is het van belang producten te gebruiken die bijvoorbeeld een Duitse Zulassung hebben voor het gebruik als oplegmateriaal.

TIPOMEGA® koudebrugonderbreking, tot 160 mm thermische isolatie

TIPOMEGA® onderscheidt zich van alle bekende oplossingen voor constructieve koudebrugonderbreking door een zeer hoge warmteweerstand, maatwerk en een modulaire opbouw.  Door het gebruik van gebogen staal (in plaats van staven) kan het product met 80, 120 en zelfs 160 mm dik isolatiemateriaal worden geleverd. REI 120 brandbeveiliging is standaard. In Polen, het land van herkomst, is Tipomega een succes. Inmiddels wordt het ook in Oostenrijk toegepast. Architecten en constructeurs hebben vertrouwen in Tipomega koudebrugonderbreking vanwege het gebruik van geprofileerd corrosievast staal, de booglastechnologie en het extern bewaakte productieproces. In dit artikel wordt ingegaan op de technische en logistieke voordelen van deze nieuwe bouwstof.

Tipomega werd ontwikkeld door civiel ingenieur Darius Glaza. Hij was van 2005 tot 2017 in dienst van de grootste Duitse fabrikant van constructieve koudebrugonderbrekingen. Samen met een groep vrienden (bouwinspecteurs, ontwerpers en wetenschappers) ontwikkelde hij daarna zijn eigen technologie. In 2018 creëerde het team de theoretische basis voor de oplossing en voerde het een reeks laboratoriumproeven uit. Uiteindelijk leidde dit tot de afgifte van een Nationale Technische Beoordeling door het Instituut voor Bouwonderzoek in Warschau in 2019. Daarmee mag Tipomega in heel Europa worden toegepast. Voor het systeem is een Europees octrooi verleend bij het Europees Octrooibureau (EOB). Het handelsmerk is geregistreerd bij het Bureau voor de Intellectuele Eigendom van de Europese Unie (EUIPO).

Constructieve koudebrugonderbreking wordt gebruikt om de thermische geleiding tussen gewapend betonnen bouwdelen buiten en binnen de thermische schil van een gebouw te verminderen. In de praktijk gaat het om balkon-, luifel- en galerijplaten die verbonden worden aan vloerplaten, balken en/of wanden binnen. Het Tipomega-systeem is beschikbaar voor betonplaten van 160, 180, 200, 220 en 240 mm. Dankzij de modulaire opbouw is het assortiment overzichtelijk: beschikbaar zijn vijfendertig types in elke isolatiedikte. 

Tipomega wordt samengesteld uit thermisch isolerende TIP-profielen en OMEGA-draagmodules. De TIP-elementen kunnen worden gemaakt uit geëxpandeerd polystyreen (EPS), geëxtrudeerd polystyreen (XPS) of polyisocyanuraat (PIR). De brandwerendheidsklasse REI 120 volgens EN 13501-2 wordt verkregen door het isolatiemateriaal aan alle kanten tegen brand te beschermen met mcr TECBOR-magnesiumplaten.

De OMEGA modules, die door de TIP isolatieprofielen lopen, bestaan uit roestvast stalen koud gevormde profielen en wapeningsstaven. Afmetingen en vorm hangen af van het bouwproject en de dikte van de thermische isolatie. Om corrosie in de isolatiezone te vermijden, zijn de omega profielen gemaakt van corrosievast plaatstaal 1.4462 volgens EN 10088-1. Dit materiaal is ook uitstekend bestand tegen putcorrosie. Daarmee is een onbeperkte onderhoudsvrije levensduur van de koudebrugonderbrekingen gegarandeerd. De modules bestaan uit twee boven elkaar gelegen omegavormige profielen die zijn verbonden met vier verticale geribd stalen staven Ø12 mm. De voor het systeem kenmerkende U-vormige aangelaste horizontale staven zijn eveneens Ø12 mm. Deze zijn in vier uitvoeringen verkrijgbaar: U1, U2, U3 en U4. De U3- en U4-staven kunnen bovendien naar boven (UG3, UG4) of naar beneden (UD3, UD4) gericht zijn.

Aan de te verbinden betonconstructies worden geen bijzondere eisen gesteld. In de Engelstalige Design Guidelines is op pagina 38 een opsomming te vinden van de benodigde betonkwaliteit, betondekking en de toepassing van dilatatievoegen. Alle constructieve eisen zijn gebaseerd op Eurocode 2. In het document is ook uitgebreide ontwerpinformatie te vinden.

De voordelen van een modulaire opbouw en maatwerk vertalen zich ook op het gebied van logistiek en verwerking: ruimtebesparende verpakking, eenvoudige montage en geen gedoe met passtukken van minerale wol of polystyreenschuim. De onderdelen worden op maat gemaakt. De totale lengte van de verbinding wordt opgedeeld in TIP-units van 1.200 mm lang. Elke element heeft zijn eigen etiket met onder meer balkonnummer, volgnummer, fabricagedatum en de projectidentificatie. Deze korte film toont de eenvoud van de montage.

Teflon

Wanneer twee constructiedelen soepel over of langs elkaar moeten kunnen bewegen, dan wordt al snel gedacht aan teflon. Het beeld is dat dit materiaal als een soort Haarlemmerolie een nagenoeg wrijvingsloze schuifbeweging mogelijk maakt. De ontwerper schrijft dan een ‘glijblok met teflonplaat’ voor of een ‘teflon glijplaat’. Bij zo’n aanvraag wordt een opleggingsdeskundige alert. Zijn de verwachtingen misschien te hoog gespannen? Teflon, of liever PTFE, is een fantastische bouwstof en kan meestal een oplossing bieden bij het geschetste probleem. Bij een onjuiste detaillering is de levensduur echter beperkt met alle gevolgen van dien. In dit artikel wordt beschreven hoe PTFE optimaal benut wordt en wat van het materiaal mag worden verwacht.

Teflon is een merknaam van de firma DuPont voor een aantal fluoropolymeren. Naast PTFE (polytetrafluoroethyleen) vallen ook FEP (fluorinated ethylene propylene), EFTE (ethyleen tetrafluoroethyleen) en PFA (perfluoroalkoxy) onder deze noemer. PTFE werd kort voor de Tweede Wereldoorlog ontdekt en heeft een aantal unieke eigenschappen. Het is hydrofoob (waterafstotend), bestand tegen hoge temperaturen en niet reactief. Ook heeft het een hoge elektrische weerstand. Om deze reden wordt het breed toegepast: als antiaanbaklaag in pannen, in smeermiddelen, als isolator in bekabeling en in tape waarmee schroefverbindingen in leidingwerk worden gedicht. In de bouwsector is het bekendste kenmerk de zeer lage wrijvingsweerstand. Hoe hoger de druk, hoe lager de wrijving. PTFE heeft helaas ook minder goede eigenschappen. Het is beperkt belastbaar, kruipgevoelig, niet erg slijtvast en valt onder PFAS. Poly- en perfluoralkylstoffen zijn berucht wegens hun negatieve effecten op milieu en gezondheid.

Een eerste aanbeveling is te zorgen voor optimaal contact tussen teflon en glijplaat. Harde materialen als beton of staal nemen geen rotaties op. Bij de geringste hoekverdraaiing tussen de bouwdelen wordt het contactvlak kleiner en kan de maximale oplegdruk van het teflon worden overschreden. Combineer teflon en/of glijplaat dus met een elastomeer dat oneffenheden en rotaties opneemt.

Het tweede advies is om PTFE altijd toe te passen in combinatie met een harde gladde tegenspeler. Bij contact tussen het relatief zachte teflon een hard contraoppervlak worden de laatste minuscule oneffenheden gevuld. In norm EN 1337 ‘opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’ deel 2 (glijdelen) vinden we bij de definities naast PTFE (‘thermoplastisch materiaal dat wordt gebruikt vanwege zijn lage wrijvingscoëfficiënt’) het begrip ‘mating surface’ . De omschrijving luidt ‘hard en glad oppervlak dat glijdt over PTFE […]’. Samen vormen zij de sliding materials ofwel ‘de combinatie van oppervlakken die relatieve verplaatsingen mogelijk maken’. Bij brugopleggingen gaat het om nauwkeurig omschreven gepolijst corrosievast staal op een vlakke drager. In de B&U bouw worden bij ‘droge’ glijopleggingen als Fosta ook kunststoffen als POM gebruikt. We noemen deze tegenspeler de glijplaat. Glijfolie is voor zover bekend het enige opleggingsmateriaal dat geen harde contrapartner heeft. Bij de duurdere typen vormen twee dunne geoliede PTFE-folies het glijoppervlak.

Met (genormeerde) smeermiddelen en smeerkuiltjes – een eis voor de meeste brugopleggingen behalve elastomeeroplegging type D  – wordt de wrijvingscoëfficiënt verder verlaagd en de levensduur verlengd. Eisen ten aanzien van die levensduur staan in norm EN 1337‑2: een monster PTFE moet onderworpen worden aan een langdurige wrijvingstest over een totale lengte van 10.242 meter.

De meeste bruggen komen tijdens een ontwerplevensduur van vijftig jaar niet aan tien kilometer glijweg. Bij een glijwegberekening worden een dagelijkse temperatuurgerelateerde verschuiving en ook doorbuigingen als gevolg van belastingwisselingen in beschouwing genomen. Alleen bij grote overspanningen moet rekening worden gehouden met vervanging van het PTFE voor het eind van de levensduur.

Mede in verband met de beperkte maximale belasting wordt UHMWPE als alternatief ingezet. Dit materiaal is druk-  en slijtvaster. De wrijvingsweerstand is echter iets hoger bij dezelfde belasting. SMS, een gemodificeerd PTFE, heeft dat nadeel niet. De waarden zijn bij geringe belasting zelfs lager dan dat van het ‘gewone teflon’.

Renovatie van bedrijfsvloeren

Dilatatievoegprofielen beschermen de voegwanden tegen afbrokkeling en houden de voeg zelf schoon en eventueel waterdicht. Voor bijna elke situatie is een geschikt voegprofiel leverbaar. Als bij de bouw van de bedrijfsvloer geen goede voegafwerking is aangebracht, dan ontstaat al snel schade. De harde wielen van palletwagens, vorkheftrucks en ook winkelwagentjes brengen hoge puntlasten over op de voegwand. Bij renovatie van de vloer zijn dunne voegprofielen een uitkomst. Ze kunnen zonder veel hak- en breekwerk worden ingebouwd. In dit artikel worden de beschikbare uitvoeringen toegelicht.

Om een geschikt voegprofiel vlak aan te kunnen aanbrengen, moet een sparing in de vloer worden gemaakt. Het scheelt een hoop werk om de aanwezige wapeningsstaal intact te laten. Ook om constructieve redenen kan beter niet in de constructieve wapening worden gezaagd. Bij bedrijfsvloeren ligt dat doorgaans tussen 20 en 35 millimeter onder het vloeroppervlak. Buchberger heeft een aantal profielen met een geringe dikte in het programma. Voor elke bedrijfsvloer is een geschikt profiel leverbaar. De zwaar tot zeer zwaar belaste profielen zijn tussen de vijftien en 22 millimeter dik. Waterdicht, dun én zwaar belastbaar kan ook. Dan is de dikte net geen dertig millimeter.

Qua materiaal kan worden gekozen tussen aluminium en staal. Het eerstgenoemde materiaal is zachter en kan dus minder zwaar worden belast. Aluminium profielen zijn uitermate geschikt voor een intensieve belasting door voetgangers, winkelwagens en rolcontainers. Denk daarbij aan winkelcentra, stations, luchthavens en tentoonstellingsgebouwen. Incidentele belasting door palletwagens en vorkheftrucks is voor deze profielen geen probleem. Bij opslagruimten, productie- en veilinghallen en andere industriële ruimten met intensief verkeer van voertuigen voor intern transport hebben stalen profielen de voorkeur. Hier valt te kiezen tussen een zichtbare afdekking van corrosievast en zogenoemd zwart (lees: onbehandeld) staal. De laatstgenoemd variant is uiteraard een stuk goedkoper en het meest geschikt voor de zware (lees: vuile) industrie. Als het uiterlijk er wel toe doet, kiest men voor corrosievast stalen afdekplaten.

Een aantal dunne voegprofielen heeft een in elkaar grijpende vertanding van de afdekplaten. Door de sinusvorm kan de voeg trillingsvrij kan worden overreden. Dit type profiel is uitermate geschikt voor toepassing in vloeren die intensief wordt belast door palletwagens, vorkhef- en zogenoemde reachtrucks. Het voorkomt rugklachten bij de chauffeurs en lading blijft op zijn plaats.

In bestaande vloeren spelen krimp en kruip van het beton geen rol meer. Voegbewegingen zullen hoofdzakelijk temperatuurgerelateerd zijn. In een bestaand verwarmd en/of gekoeld gebouw zijn de temperatuurverschillen over het jaar niet heel groot en de voegbeweging dus ook niet. Meestal kan worden volstaan met profielen met een beperkte horizontale bewegingscapaciteit. In een bestaand pand zullen verticale bewegingen van de vloerdelen aan weerszijden van de voeg zelden groot zijn. De periode van (ongelijke) zettingen is voorbij en verdiepingsvloeren rusten meestal aan beide zijden van de voeg op hetzelfde steunpunt. Let bij de keuze van het voegprofiel op dit aspect. De verticale bewegingscapaciteit van de hiervoor genoemde trillingsvrij overrijdbare dilatatievoegprofielen is nihil.

Het programma dunne zwaar tot zeer zwaar belastbare Buchberger dilatatievoegprofielen is onderstaande tabel overzichtelijk weergegeven. Boven de kolommen staan de maximale voegbreedten. De rijen geven de eventueel maximaal optredende verticale voegbewegingen aan. Profielen met onbehandeld stalen afdekplaten zijn herkenbaar aan de ST typeaanduiding. De VA-typen hebben een corrosievast stalen bovenzijde. Aluminium profielen worden aangeduid met ‘AL’. Het enige dunne waterdichte én zwaar belastbare profiel is weergegeven in blauw. De aanduiding ‘/xx’ in de typeaanduiding geeft de dikte van het profiel aan.

Alle genoemde dilatatievoegprofielen zijn te vinden in het overzicht zwaar belastbare profielen op onze website.