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’.

Tips voor constructeurs

Bij de bouw van viaducten of bruggen wordt het ontwerp van de benodigde opleggingen meestal overgelaten aan de leverancier. De voorschrijver levert een lijst van constructieve eisen aan en vermeldt soms de voorkeur voor een type oplegging. Witte raven reiken de benodigde informatie aan op de wijze zoals voorgeschreven in norm EN 1337-1. Vaker ontvangen we echter enorme tabellen uit de rekenprogrammatuur van de constructeur. U vindt zelf wel wat u nodig heeft!

Eenduidige communicatie bij de inkoop van opleggingen is noodzakelijk onderschrijft ook het Platform Voegovergangen en Opleggingen (PVO). Het voorkomt interpretatiefouten, onjuiste prijsvorming en eventuele schade aan het kunstwerk. Van belang is te vermelden dat de coördinerend constructeur verantwoordelijk is voor het aanleveren van de juiste gegevens. Meer over de overdracht van informatie in “Ontwerp van brugopleggingen, eenduidige communicatie is noodzaak!”. In dit artikel gaan we uit van de dagelijkse praktijk. Hoe worden aangeleverde gegevens opgevat door een specialist in opleggingen? Waar gaat het soms mis? Met welke zaken dient rekening te worden gehouden bij informatieoverdracht?

Tip 1: Alle op te geven waarden zijn in uiterste grenstoestand (UGT). Niet alleen belastingen, maar ook translaties (verplaatsingen) en rotaties (hoekverdraaiingen) moeten worden opgegeven in uiterste grenstoestand. De toetsingsmethodiek voor gewapend rubber oplegblokken uit EN 1337-3:2005 is hierop gebaseerd en ook de ontwerper van de pot- en bolsegmentoplegging rekent met UGT-waarden.  

Tip 2. Geef lengteveranderingen niet op als horizontale belastingen. Verkeers- en windbelastingen zijn horizontale belastingen, lengteveranderingen zijn translaties. Opgelegde vervormingen wekken reactiekrachten op bij elastisch vervormbare opleggingen. Enthousiaste constructeurs rekenen verplaatsingen als gevolg van krimp, kruip en temperatuur soms om naar een horizontale belasting op basis van een aangenomen veerconstante. Zo’n aanname is echter zelden juist. De veerconstante is namelijk sterk afhankelijk van de afmetingen van het rubber blok (zie “Vervorming van gewapend rubber opleggingen”). Bij omrekening bestaat bovendien de kans dat een lengteverandering dubbel wordt meegenomen in de toetsingsmethodiek.

Tip 3. Laat wrijving bij glijopleggingen buiten beschouwing. Wrijving is afhankelijk van de oplegdruk en dus gerelateerd aan de afmetingen van het contactvlak van een glijoplegging. De ontwerper van een oplegging hanteert bij zijn berekeningen tabel 11 uit EN 1337:2. Als wrijvingen onderdeel zijn van de opgegeven horizontale belastingen, dan worden ze dubbel berekend!

Tip 4. Geef translaties op als verlenging en verkorting. De meest gemaakte bron van fouten is vermelding van een translatie als één waarde. Een opleggingenspecialist interpreteert dat doorgaans als plus en min de halve waarde. Met andere woorden: de helft van het opgegeven getal wordt gezien als verkorting van het oplegde bouwdeel, de andere helft als verlenging. Soms blijkt de voorschrijver echter de maximale beweging naar één zijde te hebben bedoeld. Bij een glijoplegging wordt dan een te krappe glijplaat gerekend. Als de beweging naar één kant de enige is, maakt het voor de prijs niet uit. Een glijplaat kan immers een voorinstelling krijgen. Gaat het echter om een translatie die door vervorming moet opgenomen, dan gaat het mis. Aan een rubber oplegging type B of C kan geen voorinstelling worden gegeven.

Als zowel verlenging als verkorting worden opgegeven dan zijn misverstanden uitgesloten. De ontwerper van een gewapend rubber oplegging neemt de grootse absolute waarde mee in zijn berekeningen. Bij het ontwerp van een glijoplegging worden de absolute waarden opgeteld om de lengte van de glijplaat te bepalen.

Tip 4. Geef rotaties op naar twee kanten. Dit gaat meestal goed. De ontwerper neemt de grootse absolute waarde mee in zijn berekeningen. Dit geldt voor elk type oplegging.

Tip 5. Neem geen extra zekerheden op voor vervormingen tenzij strikt noodzakelijk. § 5.4 van EN 1337-1 voorziet in toeslagen voor translaties en rotaties. De opgegeven waarden van de vervormingen worden bij het ontwerp dus al verhoogd.

Tip 6. Stuur een oplegschema mee. De cijfers gaan daarmee leven! De juiste symbolen zijn te vinden in EN 1337-1

Glijopleggingen, type D of E?

Norm EN 1337 deel 3 (elastomeeropleggingen) maakt onderscheid in verschillende typen brugopleggingen. Twee daarvan zijn glijopleggingen. De eisen waaraan deze zogenoemde types D en E moeten voldoen zijn nauw omschreven. Een fabrikant moet voor elk van beide typen apart gecertificeerd zijn om ze te mogen produceren.  Wat is het verschil? Wanneer mag of moet een type D of een type E worden toegepast? Welke eisen gelden voor het glijoppervlak?

Type D is een met tenminste twee lagen staal gewapende oplegging (type B) met daarop een polytetrafluoretheen (PTFE) glijlaag die middels vulkanisatie aan het elastomeer is verbonden. De glijlaag is 1,5 tot 2,5 mm dik en wordt al dan niet voorzien van smeerkuiltjes. Type E is eveneens een staal gewapende oplegging met één dikke staalplaat aan de buitenzijde (type B/C) waarin het PTFE is verzonken. Het is 5 tot 8 mm dik en steekt voor iets minder dan de helft boven de staalplaat uit. Bij een type E wordt het PTFE altijd voorzien van smeerkuiltjes. De glijplaat is bij beide types gelijk. Deze bestaat uit een dunne laag gepolijst corrosievast staal op een dragende ondergrond. De verschillende staalplaten mogen door middel van vulkanisatie, verlijming of bouten met elkaar worden verbonden.

Wanneer wordt nu gekozen voor het ene of het andere type? In de Engelstalige versie van de 1337‑3:2005, zoals die in Nederland en België wordt gebruikt, vinden we in § 4.4.4 dat type D alleen zou moeten worden gebruikt (… shall only be used …) bij onomkeerbare bewegingen als krimp en kruip (zie ook EN 1337-2 § 6.2.2). De Duitstalige editie vermeldt dit als dwingend gebod:… sind ausschließlich zur Aufnahme bleibender Formveränderungen … . Ook de Franse versie is eenduidig terwijl in Frankrijk naar verluid toch vaak type D wordt toegepast. Alhoewel de NEN- en NBN-versies van de norm dus enige ruimte laten, is het advies om type D toe te passen bij een eenmalige translatie (bijvoorbeeld bij krimp of naspannen van het brugdek) en type E bij terugkerende lengteveranderingen.

De dimensioneringsmethode uit de norm geldt voor vaste elastisch vervormbare opleggingen maar niet voor glijopleggingen. Daar valt daar echter een mouw aan te passen. Alvorens de glijplaat over het PTFE zal schuiven, zal eerst de statische wrijving moeten worden overwonnen. De oplegging zal onder invloed van lengteverandering van het brugdek dus eerst elastisch vervormen totdat de reactiekracht groter is dan wrijving. Het rubber veert dan terug en de glijplaat beweegt over het PTFE. Door dit krachtenspel te herleiden tot een vervorming, kan de oplegging worden gedimensioneerd.

De PTFE-laag moet worden gemaakt uit zuiver gesinterd polyfluorethyleen zonder gebruik van regeneraten of vulstoffen. De tegenspeler, de glijplaat, wordt gefabriceerd uit koudgewalst corrosievast staal kwaliteit 1.4401+2B of 1.4404+2B volgens EN 10088-2. Het oppervlak moet worden geslepen en gepolijst tot een in § 5.4.2 van deel 2 van de norm aangegeven spiegelglad niveau met een bepaalde oppervlaktehardheid.

De laagste wrijvingscoëfficiënten worden verkregen met PTFE met smeerkuiltjes. De in de holtes opgeslagen voorraad vet zorgt voor smering op de lange termijn. Ook als geen smeerkuiltjes zijn aangebracht bij een type D moet het glijvlak zijn ingevet.

De glijplaat als geheel moet voldoende star zijn. In § 6.9.4. van deel 2 van de norm zijn daarom eisen gesteld aan de dikte van de draagplaat. Deze is afhankelijk van de lengte en breedte van de rubber kern van de oplegging en dient tenminste 10 mm te zijn.

Tenslotte vinden we in § 5.4 van deel 1 van de norm eisen ten aanzien van de lengte en breedte van de glijplaat. Deze moet in beide bewegingsrichtingen ± 20 mm langer zijn dan de kern bij een minimale totale beweging van ± 50 mm in de overspanningsrichting en ± 20 mm in dwarsrichting, tenzij een aanslag aanwezig is. De eis geldt, vreemd genoeg, echter niet voor gewapend rubber opleggingen.

Appels en peren

Producten vergelijken is niet altijd makkelijk. Fabrikanten geven in hun documentatie soms prachtige waarden op voor essentiële eigenschappen van hun bouwstoffen. Hoe hoger of lager, hoe beter! Maar is de verstrekte informatie vergelijkbaar met die van andere producenten? En zijn die opgeven getallen ook relevant voor de toepassing in uw project? Als voor een bouwstof nog geen CE-markering geldt, moeten de gedeclareerde waarden kritisch bekeken worden. Hoe zijn deze vastgesteld? Werden de testresultaten verkregen met dezelfde genormeerde proef? Wat was het uitgangspunt van de beproeving? In dit artikel wordt met twee voorbeelden ingegaan op de vergelijking van oplegmaterialen die worden toegepast in de B&U-sector.

Glijopleggingen worden ingezet als de uitzetting en krimp van een bouwdeel de maximale elastische vervorming van een lijn- of puntoplegging te boven gaat. Een veel gebruikt product is onze ESZ Fosta. Deze bestaat uit een gewapend rubber kern met PTFE (teflon) en een aparte (kunststof) glijplaat. Fosta is een zogenaamde “droge” glijoplegging. Droog in de betekenis van “niet gesmeerd”. De opgegeven wrijvingscoëfficiënt μ ≤ 0,10 is een rekenwaarde. Bij een gebruikelijke druk en temperaturen boven het vriespunt ligt de wrijvingscoëfficiënt rond de 0,075. Zie het artikel “Laat glijopleggingen niet glippen”.

Een collega-concurrent brengt een vergelijkbaar product op de markt met een gedeclareerde wrijvingscoëfficiënt van 0,018. Dat is zelfs flink lager dan die van een gesmeerde oplegging! Nader onderzoek leert dat het product is getest over een glijweg van 4,2 meter bij onbekende temperatuur. Fosta is beproefd volgens norm EN 1337 voor brugopleggingen. Annex D van deel 2 schrijft een glijweg voor van 110 meter bij nauw omschreven temperaturen. Deze 110 meter is een goede benadering van de werkelijke glijweg gedurende de levensduur van een oplegging. Vier meter is dat zeker niet. Los van een te mooie voorstelling van zaken, wordt een constructeur op het verkeerde been gezet.

Bij thermische ontkoppeling wordt een speciale oplegging ingezet ter voorkoming van koudebruggen. Het betreft een materiaal dat een compromis biedt van een redelijke warmteweerstand (circa 1/10 van gangbare thermische isolatiematerialen) bij een minimale indrukking onder reële belasting. Onze ESZ Sepatherm kan een gemiddelde druk van 30 N/mm² en piekbelastingen van 65 N/mm² opnemen. Let wel: dit zijn gebruiksbelastingen.

In de documentatie van een vergelijkbaar fabricaat vinden we dat de ene variant 70 en de andere 250 N/mm² ontwerpbelasting kan opnemen. Als we dit corrigeren met gangbare veiligheidscoëfficiënten zijn het nog altijd mooie cijfers. Maar wat is de indrukking onder deze belasting? En benut u het product ook tot dit maximum?

Een rekenvoorbeeld: een plaatje van 240×260 mm heeft vier sparingen Ø 33 mm ten behoeve van boutverbindingen. Een bout M30 kwaliteit 10.9 kan maximaal 404 kN opnemen. Met vier bouten wordt dus maximaal 1.616 kN uitgeoefend. Op bovenstaand plaatje bedraagt de gemiddelde oplegdruk dan 27,4 N/mm². De indrukking van 20 mm dik Sepatherm bedraagt dan ca. 0,6 mm ofwel 3% van de oorspronkelijke dikte. U kunt dat hier narekenen.

Toekomst: Alhoewel de titel “Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen” doet vermoeden dat de norm ook voor B&U-opleggingen van toepassing is, worden zelden producten geleverd die volgens de EN-1337 zijn geproduceerd. Net als voor de invoering van de Europese Richtlijn Bouwproducten (CPR) in 2012 wordt nog steeds EPDM- of SBR-rubber en ook bouwvilt toegepast. Met succes! Deze materialen passen niet in de EN 1337 en derhalve kan geen CE-markering worden afgegeven.

CE-markering houdt in dat het product voldoet aan de CPR. De richtlijn zorgt dat bouwstoffen in Europa op dezelfde manier worden getest en beoordeeld. Vooralsnog ziet het er niet naar uit dat CE-markering van toepassing wordt voor B&U-oplegmaterialen. Oplettendheid bij productvergelijkingen blijft geboden!

ESZ: snelle levering van maatwerk

Elastomer Service Zentrale Wilfried Becker GmbH, kortweg ESZ, is gespecialiseerd in de ontwikkeling en de verwerking van oplegmaterialen voor de bouwsector. Deze relatief kleine, maar essentiële, bouwstoffen worden in de praktijk nog wel eens vergeten bij de bestellingen. Vooral bij puntopleggingen gaat het dan om maatwerk. ESZ is daarop ingespeeld. Als goede tekeningen of schetsen beschikbaar zijn, kan snel – altijd binnen twee weken – worden geleverd. Eventueel worden spoedtransporten georganiseerd naar de bouwplaats. Arcas vertegenwoordigt ESZ in de Benelux vanaf 2006.

ESZ wordt sinds 2000 geleid door Ralf Becker, de zoon van grondlegger Wilfried. Het bedrijf is sinds de oprichting in 1985 gevestigd in Kaarst nabij Düsseldorf.  Met een kleine twintig werknemers worden aannemers, staalbouwers en de prefab betonindustrie in Duitsland, Oostenrijk, Zwitserland, Finland en de Benelux beleverd. Het leveringsprogramma bestaat uit puntopleggingen in verschillende kwaliteiten, lijnopleggingen, glijopleggingen en producten voor contactgeluidisolatie, trillingsdemping en thermische ontkoppeling. Opleggingen van ongewapend elastomeer vormen het grootste deel van de omzet. Met name het paradepaardje ‘Type 200’, een oplegmateriaal voor belastingen tot 25 N/mm², doet het zeer goed in de markt.

Puntopleggingen worden in elke vorm geleverd. ESZ beschikt over een uitgebreid machinepark waarmee zowel ongewapende als gewapende materialen kunnen worden bewerkt. Het meest voorkomend zijn rechthoekige opleggingen met sparingen voor mechanische verbindingen. Afschuiningen en uitsneden zijn eveneens te realiseren. Ronde opleggingen komen zelden voor, maar in voorkomende gevallen zijn ook deze te maken. In geval van sparingen in tweedelige glijopleggingen (Fosta), krijgt de glijplaat slobgaten zodat beweging altijd mogelijk is. Alle oplegmaterialen kunnen desgewenst worden geleverd met brandmanchetten van minerale wol of een verloren bekisting van polystyreenschuim.

ESZ ontwikkelt de bouwstoffen zelf. De productie wordt – in licentie – uitbesteed aan de gespecialiseerde maakindustrie. Deze levert de elastomeren in plaatvorm of op rol. Van belang is dat alle materialen zijn beproefd op hun toepassing als oplegging. Dat is bij een rubber van een niet gespecialiseerde leverancier zelden het geval. Maximale belastingen en vervormingen (hoekverdraaiingen en translaties) van de ESZ-opleggingen zijn dus bekend. Deze data zijn opgenomen in een in eigen beheer ontwikkeld rekenprogramma. Hiermee  kunnen de meest economische opleggingen voor een bepaalde toepassing worden gedimensioneerd. Een Nederlandstalige versie van het programma is beschikbaar voor onze relaties.

Kwaliteit staat hoog in het vaandel bij ESZ. Alhoewel de Duitse Zulassungen en Prüfzeugnissen bij ons geen formeel geen waarde hebben, is het toch geruststellend te weten dat de oplegmaterialen ook extern beoordeeld zijn door het Deutsche Institut für Bautechnik of de Technische Universität München. Het management van ESZ is ISO 9001 gecertificeerd.

Met de introductie van Sepatherm in 2015 heeft ESZ zich verder ontplooid als producent van oplegmateriaal, ook als dit geen elastomeer bevat. Sepatherm is een zwaar belastbare harde kunststof waarmee constructies thermisch ontkoppeld kunnen worden. Bij de ontwikkeling van het materiaal speelde de jarenlange ervaring in de bouwsector een grote rol. Uitgangspunt was een geringe indrukking bij gangbare belastingen. Een isolatiemateriaal in een constructieve verbinding mag immers niet te veel vervormen.

Zowel bij de ontwikkeling van nieuwe producten, als bij de interne kwaliteitscontrole en speciale toepassingen speelt het eigen laboratorium een grote rol. Hier kunnen drukproeven worden gedaan tot 5.000 kN en kruipproeven tot 3.000 kN verticale belasting. Ook beschikt ESZ over apparatuur waarmee onder andere eigenfrequentie en veerstijfheid van trillingsdempende materialen kan worden vastgesteld. De afdeling Techniek, die bestaat uit twee ingenieurs, is verantwoordelijk voor het lab. Zij hebben zitting in normcommissies en kennisplatforms en zijn dus op de hoogte van de laatste ontwikkelingen op het vakgebied. In voorkomende gevallen maakt Arcas graag gebruik van de aanwezige specialistische vakkennis.

Oplegjargon

Op tekeningen en in bestekken van bouwkundige projecten worden termen als ‘oplegvilt’, ’neopreen’ en ‘glijfolie’ gebruikt om aan te duiden dat een oplegging moet worden toegepast. ‘Oplegvilt’ staat doorgaans voor ‘oplegmateriaal’. ‘Neopreen’ betekent meestal dat het om rubber gaat en met ‘glijfolie’ wordt bedoeld dat de oplegging een verplaatsing van het opgelegde bouwdeel moet kunnen opnemen.

Soms is aan de hand van de toepassing te achterhalen wat de bedoeling is, maar vaak ook niet. Gaat het simpelweg om egalisatiemateriaal of worden ook zwaardere eisen gesteld aan de oplegging zoals hoge belastingen en regelmatig terugkerende vervormingen? Vragen waar de aannemer vaak geen antwoord op heeft. Bij voorkeur ontvangen we een overzicht van de eisen, maar het gebruik van de juiste benamingen zou enorm helpen. In dit artikel wordt uitleg gegeven over termen in het vakgebied oplegtechniek.

Elastomeer is een polymeer met rubberachtige eigenschappen. Het wordt samengesteld uit tien tot twintig ingrediënten. De keuze van het soort (synthetisch) rubber en de vulkanisatiemethode zijn bepalend voor de materiaaleigenschappen. Het recept van het mengsel beïnvloedt de kwaliteit.

De maximale belasting van elastomeer kan oplopen tot zo’n 25 N/mm² maar is wel afhankelijk van de dikte/breedteverhouding. Hoe kleiner en hoe dikker het oplegmateriaal, hoe groter de indrukking. Het betreft hier een vrijwel elastische indrukking. Deze eigenschap maakt elastomeer uitermate geschikt voor het opnemen van wisselende belastingen en vervormingen.

Gewapend rubber: een ‘Big Mac’ van lagen elastomeer en stalen wapeningsplaten. In België spreekt men van “gefretteerd rubber” en “inrijgplaten”. Een wat verouderde variant is textielgewapend rubber. De wapening is bedoeld om de indrukking van het oplegmateriaal te beperken. Staalgewapend rubber wordt hoofdzakelijk gebruikt in brugopleggingen. In kunstwerken heeft men dikke blokken nodig om vervormingen op te vangen. Bij B&U-projecten kan doorgaans worden volstaan met opleggingen tot 20 mm. De kwaliteit van de moderne ongewapende oplegrubbers maakt wapening dan veelal overbodig.

Glijfolie: lijnoplegging met een kern van twee lagen gladde folie waartussen een vet is aangebracht op basis van minerale olie. Glijfolie kan aan één of twee zijden worden voorzien van een drukverdelende en egaliserende laag. Glijfolies hebben een lage wrijvingscoëfficiënt maar kunnen nauwelijks hoekverdraaiingen opnemen.

Glijoplegging: Meestal wordt gewapend rubber met een PTFE glijlaag en losse glijplaat bedoeld. De ongewapende gelimiteerde lijn-glijoplegging valt echter ook onder deze noemer. Glijopleggingen hebben een lage wrijvingscoëfficiënt en kunnen wisselende hoekverdraaiingen aan.

Glijvilt is haarvilt dat door middel van een teflon- of grafietcoating glad wordt gemaakt. Het materiaal wordt meestal toegepast in combinatie met een glijplaat. De wrijvingscoëfficiënt is hoger dan die van glijfolie of een glijoplegging. Net als gewoon bouwvilt is glijvilt niet geschikt voor de opname van variërende hoekverdraaiingen.

Neopreen: Handelsnaam van DuPont™ voor polychloropreenrubber (CR). Met name in Vlaanderen is ‘neopreen’ het synoniem voor alles wat zwart en enigszins elastisch is. Neopreen of chloropreen is net als EPDM of SBR beslist geen kwaliteitsaanduiding. Kwaliteit is afhankelijk van de receptuur. Meer daarover in het artikel ‘Neopreen als toverwoord, kwaliteit van elastomeer‘.

Oplegvilt of bouwvilt:  Oplegmateriaal gemaakt van vezels. Vroeger was dit altijd haar van rundvee, tegenwoordig zijn ook synthetische alternatieven op de markt. Hoe meer vezels per volume, hoe hoger de maximale belasting. Afhankelijk van deze zogenoemde areïeke massa bedraagt de maximale drukspanning 1 tot 5 N/mm². De blijvende indrukking is soms wel 50% van de oorspronkelijke dikte. Vilt is daarom alleen geschikt voor toepassing in constructies waar nauwelijks horizontale verplaatsingen en variaties in hoekverdraaiingen voorkomen.

Rubber In feite de naamgevende component van elastomeer, maar ook gebruikt als synoniem. Er bestaat maar één natuurrubber en wel veertig synthetische rubbers.

Staalvilt Met was- of vetmengsel geïmpregneerd vilt. Door impregnatie wordt de draagkracht verhoogd. Staalvilt vervormt net als bouwvilt voornamelijk plastisch en kan dus geen wisselende vervormingen opnemen.

Tien tips bij de keuze van oplegmateriaal

De afgelopen twee jaar publiceerde ik acht artikelen over oplegmaterialen voor de burgerlijke en utiliteitsbouw, de B&U sector. Dit materiaal wordt gebruikt in het constructieve skelet van een bouwwerk. Hier werkt men in het algemeen met starre bouwstoffen als beton en staal. Enige uitleg over de eigenschappen van vervormbare materialen is dan vaak hoogst noodzakelijk. Soms gaat het alleen maar om de juiste term. Zolang nog gesproken wordt  over ‘vilt’, als ‘oplegmateriaal’ wordt bedoeld en over ‘neopreen’ als synoniem voor alle zwarte buigzame bouwstoffen, is er nog een hoop uit te leggen.

Hieronder heb ik de belangrijkste aanbevelingen van alle vorige artikelen op een rijtje gezet. Bij elke tip zit een koppeling naar het oorspronkelijke verhaal.

1. Vilt is alleen geschikt voor toepassing in constructies waar nauwelijks variaties in hoekverdraaiingen en horizontale verplaatsingen voorkomen. Bij constructies met wisselende belastingen dient een rubber oplegmateriaal te worden toegepast. Vormveranderingen van rubber zijn elastisch. Dat betekent dat het materiaal, na het wegnemen van de belasting, vrijwel volledig terugkeert in de oorspronkelijke vorm. Vilt daarentegen vervormt hoofdzakelijk plastisch. Dat betekent dat vormveranderingen blijvend zijn. Zie: Lijnopleggingen: vilt of rubber?
2. Glijfolie kan niet worden toepast als er sprake is van relevante hoekverdraaiingen. Glijvilt wel, zolang de doorbuiging van de ligger maar eenmalig is. Neem bij variërende hoekverdraaiingen een ongewapend rubber glijopleggingen (de zogenoemde gelimiteerde glijoplegging). Zie: Glijvilt of glijfolie?
3. Kies voor een (goede kwaliteit) glijfolie of een ongewapende rubber glijoplegging als een te grote horizontale belasting op de constructie bezwaarlijk is. De wrijvingscoëfficiënt is lager dan die van glijvilt. Zie: Glijvilt of glijfolie?
4. Bij het bepalen van de afmetingen van glijfolie dient te worden uitgegaan van de maximale glijbeweging. Het contactvlak is dan immers het kleinst. Voor de dimensionering van rubber glijopleggingen gebruikt u de tabellen van uw leverancier. Zie: Puntglijopleggingen: welk type?
5. Bij lage oplegdrukken (< 3 N/mm²), in het bijzonder in combinatie met lage temperaturen (< – 20°C), dient de glijplaat aan het betonelement te worden bevestigd met een geschikte bouwlijm. Bij staalbouw moet zowel de rubber kern als de glijplaat gezekerd worden tegen verschuiven. Zie: Laat glijopleggingen niet glippen.
6. Kies voor kwaliteit. Het vervangen van een oplegging is nooit eenvoudig. Van een oplegmateriaal met een ‘Algemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis’ mag worden aangenomen dat de te verwachten levensduur tenminste gelijk is aan die van het bouwwerk waarin ze worden toegepast. Zie: Levensduur van een rubber oplegging.
7. Pas op met de opgegeven maximale gemiddelde druk van een oplegmateriaal. Deze is niet van toepassing voor alle afmetingen. Hoe kleiner en/of hoe dikker de oplegging, hoe geringer deze belast kan worden. Zie: Vormfactor, beperking van de oplegdruk.
8. B&U-opleggingen worden berekend met de methode uit DIN 4141 deel 14 uit 1984. Deze is nog van kracht tot december 2016. Fabrikanten en importeurs hanteren deze norm ook voor hun tabellen en rekenprogramma’s. Een Nederlandse norm bestaat niet. De EN 1337-3:2005 ‘Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’ wordt in de burgerlijke en utiliteitsbouw niet of nauwelijks gebruikt. De voornaamste reden is dat de norm niet van toepassing is op oplegmaterialen die zich al jaren hebben bewezen in de B&U-sector. Zie: Welke norm voor opleggingen?
9. Vraag ons gratis beschikbare rekenprogramma aan. Hiermee kan snel het meest voordelige type uit het programma van ESZ worden bepaald. Gerekend kan worden met op de millimeter nauwkeurige maten en exacte hoekverdraaiingen. Wij maken de berekening ook graag voor u. De gegevens die u nodig heeft staan in Puntopleggingen: welke kwaliteit en afmetingen?
10. Stuur een tekening mee bij het bestellen van opleggingen. Zeker als er sparingen gemaakt moeten worden, is het verstandig om aan te geven waar deze moeten komen. Zie: Puntopleggingen: welke kwaliteit en afmetingen?

Brugopleggingen

In het productenoverzicht van Arcas wordt een onderscheid gemaakt in brugopleggingen en andere opleggingsmaterialen. Hoewel de functie van beide bouwstoffen gelijk is, zijn er grote verschillen. Alle oplegmaterialen zijn bedoeld om translaties en rotaties mogelijk te maken en krachten over te brengen. De belastingen op brugopleggingen zijn over het algemeen echter hoger. Ook de verplaatsingen van het opgelegde bouwdeel ten opzichte van de ondersteuning zijn veelal groter.  Brugopleggingen staan meer dan B&U-opleggingen bloot aan de elementen.  Dit alles heeft geleid tot een andere vormgeving. Voor brugopleggingen bestaat een Europese norm, voor andere oplegmaterialen niet.

In het verleden werden brugopleggingen hoofdzakelijk gemaakt van staal. Moderne varianten hebben een elastische kern van rubber (elastomeer). In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de brugopleggingen die worden toegepast in nieuwe kunstwerken en de soorten die nog kunnen worden aangetroffen in oudere bruggen en viaducten.

Gewapend rubber opleggingen
Een gewapend rubber oplegging wordt opgebouwd uit laagjes rubber – natuurrubber of chloropreen  – die onderling gescheiden zijn door plaatjes staal. Het geheel wordt omhuld door een dunne laag chloropreen, die zorgt voor een optimale bescherming tegen weersinvloeden. Door vulkanisatie wordt een hechte verbinding verkregen tussen staal en rubber. Het wapeningsstaal heeft als functie om de vervorming van het rubber als gevolg van belastingen en hoekverdraaiingen binnen de perken te houden. Voor de komst van de Europese norm 1337  in 2005 werd een maximale belasting van 15 N/mm² aangehouden voor dit type oplegging. De genormeerde rekenmethode die nu wordt gehanteerd, gaat uit van een maximale toelaatbare vervorming als gevolg van optredende belastingen, translaties en rotaties.

Om de oplegging aan het steunpunt en/of het opgelegde bouwdeel te kunnen bevestigen, worden ook varianten gemaakt waarbij een dikkere, niet omhulde, staalplaat aan onder- en/of bovenzijde is opgenomen. Dit zogenoemde type C wordt bijvoorbeeld toegepast bij combinaties van geringe oplegdrukken en hoge horizontale belastingen.

De uitzetting en krimp van een kunstwerk is vaak groter dan een gewapend rubber oplegging kan opnemen. Ook kunnen horizontale krachten te groot zijn. In deze gevallen wordt dan een staalconstructie  rond de rubber oplegging gebouwd. Bij grote translaties wordt deze voorzien van teflon en glijplaat. Er bestaan constructies ten behoeve van een alzijdige en van een eenzijdige verplaatsing. Bij een vaste  oplegging worden alle horizontaalkrachten opgevangen, maar kan de oplegging nog wel hoekverdraaiingen opnemen.

Piston- of potopleggingen
De potoplegging bestaat, zoals de naam al aangeeft, uit een cilindrische pot met daarin een nauwsluitende zuiger of piston. In de pot bevindt zich een rubber kussen dat tot op zekere hoogte wordt verondersteld te werken als een vloeistof. Het rubber in de potoplegging kan worden belast tot een maximum van ongeveer 35 N/mm².
Een vaste potoplegging als hierboven omschreven kan verticale belastingen en hoekverdraaiingen opnemen. Voor de verwerking van translaties worden varianten gemaakt  met een op de zuiger glijdende deksel . De combinatie van teflon (PTFE) en een gepolijste roestvast stalen glijplaat draagt dan zorg voor een minimale wrijvingsweerstand. Afhankelijk van de eisen kunnen geleidingsconstructies worden aangebracht om verplaatsingen alleen in de gewenste richting mogelijk te maken.

Bolsegment-  of sferische opleggingen
Een bolvormig bovenzadel rust in een onderzadel met een holle vorm. Door toepassing van teflon en smeermiddelen op het glijvlak kan dit type oplegging met geringe wrijvingsweerstand hoekverdraaiingen opnemen. De maximale belasting op het glijvlak bedraagt ca. 45 N/mm². Bij nieuw ontwikkelde glijmaterialen als SMS is dat nog flink hoger.

Als de kom diep genoeg is, kan de oplegging horizontaalkrachten opnemen. De bolsegmentoplegging kan, net als de potoplegging, worden voorzien van glijelementen en geleidingen.

Taatsopleggingen
Taats betekent pen of as. Onderscheid wordt gemaakt in lijn- en puntopleggingen. Ook taatsopleggingen kunnen worden voorzien van geleidingen en glijvoorzieningen. Deze opleggingen zijn zeer stijf in verticale richting. Anno 2013 worden ze nauwelijks meer toegepast.

Rolopleggingen
Er bestaan varianten met één of meerdere rollen. Eventuele interne of externe geleidingen zorgen dat de rol in het juiste spoor blijft. Rolopleggingen worden in de moderne bruggenbouw niet meer gebruikt.

Aandachtspunten bij de diverse opleggingen zijn gegeven in het document ‘Brugopleggingen’ van Leendertz en Van de Ven. Voor nadere informatie over ontwerp, fabricage en montage van brugopleggingen zie het rapport ‘Eisen voor brugopleggingen’ van Leendertz.

In februari 2017 waren beide documenten niet meer te vinden op het internet. De werkgroep ‘Opleggingen’ van PVO bracht in het eerste kwartaal van 2017 het Handboek Opleggingen uit met de meest actuele stand van zaken.

Laat glijopleggingen niet glippen

De meest gebruikte glijoplegging is het type dat bestaat uit een rubber kern met PTFE glijlaag en een aparte glijplaat. Dit soort opleggingen wordt zowel in constructies van beton als in stalen bouwwerken gebruikt. De kern is gemaakt van elastomeer dat is gewapend met dunne staalplaatjes of lagen textiel. De wapening maakt de kern stijf. Hierdoor blijft de PTFE (teflon) glijlaag in alle gevallen parallel aan de glijplaat. De wrijvingscoëfficiënt van dit type glijoplegging is onder gangbare omstandigheden kleiner dan 0,10. Dit betekent dat een horizontaalkracht van maximaal 10% van de verticale belasting nodig is om het opgelegde bouwdeel in beweging te krijgen. Anders gezegd: de horizontale reactiekracht op de aangrenzende bouwdelen is minder dan een tiende van de verticale belasting bij uitzetting of krimp van het opgelegde bouwdeel.
Meestal vindt de verschuiving plaats zoals gewenst. Dat wil zeggen dat glijplaat en kern ten opzichte van elkaar bewegen. Er zijn echter omstandigheden waarin kern of glijplaat zelf kunnen verschuiven ten opzichte van het aangrenzende bouwdeel. Welke omstandigheden zijn dat? Hoe kan worden voorkomen dat oplegging of glijplaat aan de haal gaan?

Gangbare glijopleggingen met losse glijplaat zijn belastbaar tot 15 N/mm², zogenoemde high pressure uitvoeringen kunnen een druk van 25 N/mm² aan. Gewapend rubber glijopleggingen zijn prima in staat om doorbuiging van het opgelegde element op te nemen. Afhankelijk van dikte en breedte zijn hoekverdraaiingen tot 20 ‰ mogelijk. De glijplaat wordt doorgaans gemaakt van kunststof. Het duurdere alternatief is gepolijst corrosiewerend staal dat beter dan kunststof bestand is tegen mechanische bevestiging.

De wrijvingscoëfficiënt van een glijoplegging is een constante. De wrijving tussen materialen wordt behalve door de conditie van het contactvlak bepaald door een aantal fysische wetmatigheden:

• Bij een lage temperatuur is de wrijvingscoëfficiënt hoger;
• Hoe lager de gemiddelde druk, des te hoger de wrijvingscoëfficiënt;
• Door toenemende slijtage van de contactvlakken stijgt de wrijvingscoëfficiënt;
• Hoge aanloopwrijving door plastische vervorming van de contactvlakken bij bewegingsonderbrekingen.

Wrijvingsweerstand Fosta glijopleggingen bij verschillende temperaturen

Met deze materiaaleigenschappen wordt, overeenkomstig norm (NEN/NBN) EN 1337-2 2004, bijlage D, in het testprogramma voor opleggingen rekening gehouden. Omdat er geen (genormeerde) eisen bestaan voor glijopleggingen ten behoeve van de B&U-sector, worden de door Arcas geleverde Fosta-glijopleggingen van ESZ getest volgens de hiervoor genoemde norm voor brugopleggingen. Dat betekent dat het testprogramma bij het MPA in Stuttgart wordt uitgevoerd onder de volgende omstandigheden:

• Temperaturen: -35, -20, -10, 0, 21 en 35 °C;
• Gemiddelde druk: 1, 5, 10, 15, (25) N/mm²;
• Totale schuifweg: 110 meter;
• Bewegingsonderbrekingen: 1 uur tussen de testperioden.

Betonbouw
In principe is de statische wrijving van de contactvlakken in de betonbouw voldoende om de oplegging op zijn plaats te houden. Bij lage oplegdrukken (< 3 N/mm²) echter, in het bijzonder in combinatie met lage temperaturen (< -20°C), dient de glijplaat aan het betonelement te worden bevestigd met een geschikte bouwlijm.

Staalbouw
Een stalen contactvlak heeft een lage statische wrijving. Zowel de elastomeer kern als de glijplaat moeten worden gezekerd tegen verschuiven. Hieronder zijn voorbeelden weergegeven van de mogelijkheden van zekering in de staalbouw.

Puntglijopleggingen; welk type?

Puntglijopleggingen worden net als vaste puntopleggingen gebruikt op plaatsen waar overspannende bouwdelen op de ondergrond steunen. Voor een glijoplegging wordt gekozen als de te verwachten horizontale bewegingen van het opgelegde bouwdeel groter zijn dan een vaste puntoplegging kan opnemen. Dit is ongeveer 10 mm voor een ongewapende vaste oplegging en het dubbele voor een dik gewapend exemplaar. Hierbij dient u zich te realiseren dat de vaste oplegging weerstand biedt tegen vervorming en een glijoplegging juist een lage wrijvingsweerstand heeft. Bij grotere overspanningen is dus al snel een glijoplegging nodig. Hoe bepaalt u het juiste type? Welke eigenschappen van het oplegmateriaal zijn van belang bij uw keuze?

Op de Nederlandse markt zijn drie typen oplegmaterialen beschikbaar die kunnen worden gebruikt als puntglijoplegging. Dit zijn glijfolie, gewapend rubber met glijlaag en ongewapend rubber.

Glijfolie
Glijfolies bestaan uit dunne lagen van verschillende materialen die met behulp van watervaste tape bijeen worden gehouden. In verband met de beperkte belastbaarheid worden glijfolies doorgaans alleen gebruikt als lijnoplegging. Enkele duurdere typen kunnen echter hogere drukken aan. Glijfolies zijn niet of nauwelijks in staat hoekverdraaiingen opnemen, hetgeen de toepasbaarheid beperkt.
Alle kwalitatief hoogwaardige glijfolies hebben een kern van PTFE (teflon) die aan weerszijde wordt beschermd door een versterkte kunststof laag. Eventuele elastomeer cacheerlagen aan de buitenzijde zijn bedoeld voor drukverdeling en egalisatie. De wrijvingscoëfficiënt van glijfolie is bij een volkomen glad oppervlak kleiner dan 0,10.

Gewapend rubber met PTFE glijlaag en losse glijplaat
Dit type glijoplegging bestaat uit een kern met PTFE glijlaag en een losse glijplaat. De kern is gemaakt van elastomeer dat is gewapend met dunne staalplaatjes of lagen textiel. De wapening verhoogt de stabiliteit van de kern, maar maakt deze ook stijf. De PTFE glijlaag, die een hechte verbinding heeft met het elastomeer, is daarmee beschermd tegen beschadiging door doorbuiging.
Gangbare glijopleggingen met losse glijplaat zijn belastbaar tot 15 N/mm², zogenoemde high pressure uitvoeringen kunnen een druk van 25 N/mm² aan. In tegenstelling tot glijfolies zijn gewapend rubber glijopleggingen goed in staat om doorbuiging van het opgelegde element op te nemen. Afhankelijk van dikte en breedte zijn hoekverdraaiingen tot 20 ‰ mogelijk.
De glijplaat wordt doorgaans gemaakt van kunststof. Het duurdere alternatief is gepolijst corrosiewerend staal dat beter dan kunststof bestand is tegen mechanische bevestiging. De wrijvingscoëfficiënt van dit type oplegging is eveneens kleiner dan 0,10.

Ongewapende rubber glijoplegging
Een zogenoemde gelimiteerde glijoplegging is een plat hol rubber extrusieprofiel dat aan de binnenzijde is voorzien van siliconenvet. De maximale glijweg van deze bouwstof wordt begrensd door de vorm van het profiel en bedraagt ± 25 millimeter. De gelimiteerde glijoplegging wordt geleverd in een dikte van 10 mm en een beperkt aantal breedtematen. Door een aantal stroken naast elkaar te leggen, kunnen grote belastingen worden opgenomen. Afhankelijk van de vorm bedraagt de maximale belastbaarheid 15 N/mm² en de maximale hoekverdraaiing 23 ‰. De wrijvingscoëfficiënt van de gelimiteerde glijopleggingen is 0,03.

Bij het bepalen van de afmetingen van glijfolie dient te worden uitgegaan van een maximale glijbeweging. Het contactvlak is dan immers het kleinst. Voor de dimensionering van rubber opleggingen gebruikt u de tabellen van uw leverancier. Hierin zijn de theorieën van Topaloff verwerkt. Zie voor nadere informatie het artikel ‘puntopleggingen, welke kwaliteit en afmetingen?’
Een extra aandachtspunt bij glijopleggingen is de minimale verticale belasting. Indien deze minder is dan 3 N/mm² dan dient de oplegging (en de eventuele glijplaat) te worden gefixeerd. Bij stalen constructies wordt, in verband met het gladde contactvlak, altijd geadviseerd te oplegging te behoeden tegen verschuiven.

Als de maten zijn vastgesteld, is het verstandig een tekening te maken van de glijoplegging en de eventuele glijplaat. In de tekening kunnen ook de eventueel gewenste sparingen en de maten van de verloren bekisting worden vermeld.