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.  

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?

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’.

Opleggingen in spoorwegprojecten

ProRail en Infrabel zijn belangrijke opdrachtgevers van infrastructurele werken. Net als wegbeheerders confirmeren ze zich niet geheel aan de Europese norm voor opleggingen en stellen aanvullende eisen. Ook hier betreft het voornamelijk de types van gewapend rubber. Door de extra bepalingen kan een aannemer voor onaangename verrassingen komen te staan. In dit artikel wordt aangegeven waarmee rekening dient te worden gehouden.

Geharmoniseerde Europese productnormen zijn bedoeld ter bevordering van het vrije handelsverkeer binnen de Europese Economische Ruimte. Nationale overheden mogen geen extra eisen stellen die dit verstoren. De praktijk is echter weerbarstig. Eerder dit jaar publiceerden wij over dit onderwerp het artikel ‘Vertrouwen in CE-markering?’. Spoorwegbeheerders zijn echter private bedrijven waarin de overheid zeggenschap heeft. De vraag of deze organisaties ook onder het verbod vallen, laten we graag aan juristen over.

In Nederland kan RAW-Appendix RIB 0084 uit 2006 van toepassing worden verklaard. Hoofdstuk 46 heeft betrekking op opleggingen en voegconstructies. Het document sluit op een aantal punten slecht aan bij de Europese norm EN 1337 waar overigens wel naar wordt verwezen. De meest heikele eis vinden we onder 46.03.01.01: van élk oplegblok dient het resultaat van een indrukkings- en een afschuiftest te worden overlegd. Artikel 46.06.02.03 stelt dat dit dient te gebeuren volgens deel 3 van de Europese norm maar zonder vermelding van de betreffende testmethode. Bedoeld wordt Annex F (Shear modulus test method) en Annex H (Compression test method). Opmerkelijk is dat de blokken twee maal voorbelast moeten worden, terwijl dat volgens de Europese norm slechts één maal hoeft.

De productie van gewapend rubber opleggingen is vergelijkbaar met het bakken van brood. Met een partij ‘deeg’ (het rubbermengsel) kan, afhankelijk van de grootte van de blokken, een flink aantal opleggingen worden ‘gebakken’. Tenzij de persdruk en de ‘baktijd’ van de vulkanisatieoven verkeerd worden ingesteld, zal nauwelijks verschil te zien zijn tussen de eigenschappen van blokken uit hetzelfde rubbermengsel. Nog afgezien van het feit dat het testen van elk blok tijdrovend is, levert het geen interessante informatie op.

Op het gebied van glijplaten wijkt RIB 0084 sterk af van de Europese norm. In 46.06.03.03 wordt geëist dat de plaat moet worden gemaakt van corrosievast staal 1.4571. § 5.4.1 van EN 1337-2 schrijft voor dat dit 1.4401 + 2B of 1.4404 + 2B moet zijn. Het afwerkingsniveau is 1P of 2P volgens tabel 6 van EN 10088-2 terwijl § 5.4.2 van EN 1337-2 een behandeling voorschrijft met als resultaat een oppervlakteruwheid van maximaal 1 µm volgens EN ISO 4287. Ook moet de oppervlaktehardheid volgens EN 6507-2 tussen 150 en 220 HV1 liggen. Het resultaat is als een spiegel. Hoe het door ProRail voorgeschreven afwerkingsniveau zich daartoe verhoudt is ons nog onbekend. Afwijken van de Europese norm is om verschillende redenen echter niet aan te raden.

In België vinden we al jaren dezelfde fout in bestekken. Infrabel is daarover door onze fabrikant SNAC lang geleden geïnformeerd maar de tekst is nog altijd ongewijzigd. Gevolg is vaak een hoop gedoe en ontevreden klanten. Ondanks waarschuwingen vooraf én toezending van de juiste monsters, kregen we van een gefrustreerde aannemer het verwijt dat wij niet ‘aan de Belgische normen’ konden voldoen.

In de gewraakte bestektekst wordt gesteld dat een extern laboratorium ‘proefstukken moeten worden genomen uit een afgewerkte oplegging’ en dat ‘de eisen worden weergegeven in tabel 1 van EN 1337-3‘. In dit document wordt echter onderscheid gemaakt in proeven op het eindproduct (tabel 7) en tests op het halffabricaat (tabel 8). ‘Minimale weerstand bij scheur’ (tear resistance) staat in het laatste lijstje. De waarde uit tabel 1 geldt dus voor het rubbermengsel. Tijdens vulkanisatie verandert de molecuulstructuur van het rubber ofwel brood heeft andere eigenschappen dan het deeg!

Shoppen in normen

Bij recente opdrachten werd voorgeschreven om voor onderdelen van een pot- of bolsegmentoplegging af te wijken van de geldende geharmoniseerde norm EN 1337. Zo had een klant in de contractstukken speciale eisen aangetroffen voor constructiestaal en bouten. Bij een ander project stond de afwijkende eis expliciet in het bestek. Navraag bij frequente gebruikers van normen en richtlijnen leert dat winkelen in normen niet is toegestaan. Waarschijnlijk gaat het om een ongeschreven regel want ook normalisatie-instituut NEN kon niet melden waar dit staat. In dit artikel wordt ingegaan op de consequenties van ‘cherry picking’ bij het voorschrijven van een CE-gemarkeerd product als een brugoplegging. Ook wordt een blik geworpen documenten die naar de betreffende norm verwijzen.

CE-markering heeft als belangrijkste doel de bevordering van het vrije verkeer van goederen binnen de Europese Economische Ruimte. Dit wordt bewerkstelligd door het stellen van eenduidige eisen aan het product en de kwaliteit van het fabricageproces. Een fabrikant mag geen CE-gemarkeerde producten op de markt brengen zonder daartoe te zijn gecertificeerd. Daarvoor wordt onder meer de fabrieksproductiebeheersing (FPC) beoordeeld. Buiten een gedegen interne kwaliteitscontrole is ook de specificatie en verificatie van grondstoffen en bestanddelen van belang. De toeleveringsketen dient dus op orde te zijn.

Fabrikanten van CE-gemarkeerde opleggingen hebben veel energie en geld gestoken in het verkrijgen van hun certificaten. Met een geldig ‘Certificaat van bestendigheid van de prestaties’ wordt aangetoond dat de opleggingen altijd zullen voldoen aan de gestelde eisen en dat wordt voldaan aan alle geldende productievoorschriften. Onderliggende bewijslast als bijvoorbeeld vakbekwaamheidscertificaten en controleformulieren worden afgedekt met één document en hoeven derhalve niet meer apart overlegd te worden. Dit geldt ook voor de kwaliteit van ingekochte materialen.

Indien winkelen in normen geoorloofd zou zijn, dan heeft dit bedrijfsorganisatorische consequenties. Bij afwijkende eisen voor bijvoorbeeld staal, bouten of straalgrit zal de fabrikant extra voorraden moeten aanhouden en/of moeten afwijken van zijn normale toeleveringsketen. Bijkomend is dat de relatie van de geldende certificaten met de onderliggende kwaliteitsdocumenten verloren gaat. Het papierwerk neemt toe en dat staat haaks op de gedachte achter CE-markering.  

Nationale overheden mogen geen aanvullende eisen stellen aan een CE-gemarkeerd product aldus de website van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland. In ‘De CE-markering bij bouwproducten’ uit 2014 kwam de Nederlandse landsadvocaat tot de conclusie dat overheden alleen hogere of afwijkende specificaties kunnen vragen als deze gemotiveerd worden. Wanneer zo’n motivatie ontbreekt, dan hebben we volgens NEN te maken met ‘een contract dat zichzelf tegenspreekt’. Contractjuristen weten daar in voorkomende gevallen waarschijnlijk wel raad mee. Een geraadpleegd bestekschrijver (een contractdeskundige bij uitstek) meldde geen controles te doen op juridisch gebied. Vertrouwd wordt dat het voor de beroepsgroep ontwikkelde gereedschap op dit punt orde is. Daarmee wordt de verantwoording voor een goede juridische samenhang gelegd bij instanties als CROW, Rijkswaterstaat en Expertise Beton en Staal.

In Nederland wordt het gebruik van norm EN 1337 aangestuurd door de RTD 1012. Dit document wordt op zijn beurt van toepassing verklaart in de Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken (ROK – RTD 1001). In § 5.2 vinden we aanvullende eisen aan constructiestaal en RVS. Expliciet is echter vermeld dat voor voegovergangen en opleggingen de RTD’s over deze onderwerpen van toepassing zijn. In RTD 1012 ‘Eisen voor opleggingen’ worden geen extra materiaaleisen gesteld. Bedenkelijk is wel dat test- en berekeningsrapporten moeten worden overlegd. Het Vlaamse Standaardbestek 260 2.0 is juridisch niet op orde. In artikel 5.2 ’Identificatie, keuringsdocumenten en naspeurbaarheid’ wordt bijvoorbeeld een keuringsdocument 3.2 (lees: een onafhankelijke verificatie van de materiaalconformiteit) voor opleggingen voorgeschreven. De auteurs geven daarmee andermaal blijk geen vertrouwen te hebben in CE-markering. Verificatie van grondstoffen is immers al onderdeel van certificatie volgens NBN-EN 1337.

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

Vervorming van gewapend rubber opleggingen

Bij advies- en prijsaanvragen krijgen wij soms het verzoek om de veerstijfheid (ook wel veerconstante) van een gewapend rubber brugoplegging op te geven. Constructeurs gebruiken deze informatie om vervormingen te berekenen of om de verdeling van krachten te bepalen bij statisch onbepaalde systemen. In de veerconstante wordt uitgedrukt hoe stijf een veer is, ofwel welke kracht nodig is om de veer – in dit geval de oplegging – te vervormen. Verondersteld wordt een recht evenredig verband tussen de belasting en de indrukking (ook wel vervorming). De veerstijfheid blijkt zeer sterk afhankelijk te zijn van de afmetingen en de opbouw van de lagen. In dit artikel wordt uitgelegd hoe dat zit.

De vervorming v_z van een gewapend rubber oplegging onder invloed van kracht F_z kan volgens norm EN 1337-3:2005 § 5.3.3.7 worden uitgedrukt als De wiskundig onderlegde lezer ziet direct dat de vervorming de sommering is van de vervormingen van de afzonderlijke lagen en dat de vervorming lineair is met de kracht. De term in groen is alleen afhankelijk van de afmetingen, opbouw van de lagen en de materiaaleigenschappen van de oplegging. Met andere woorden: bij een gegeven oplegging is deze term constant. Dit is de reciproke van de veerstijfheid. De materiaaleigenschappen van brugopleggingen dragen niet of nauwelijks bij in veranderingen in de veerconstante, maar de afmetingen en de opbouw van de lagen hebben een zeer grote invloed. 

Sterk bepalend is vormfactor S₁. Deze factor werd zo’n vijftig jaar geleden geïntroduceerd nadat was vastgesteld dat niet alleen de dikte, maar ook de lengte en breedte van een rubber blok van belang zijn bij de indrukking. De vormfactor geeft de verhouding weer tussen het belaste oppervlak en de afmetingen van de onbelaste zijden. Meer daarover in het artikel “Vormfactor: begrenzing van de oplegdruk”.

Massief rubber wordt verondersteld onder druk zijn volume te behouden. Als gevolg van een inwendige hydrostatische druk resulteert een indrukking van een blok of plaat in het uitbuiken aan de zijkanten. Om de vormverandering binnen de perken te houden, worden rubber opleggingen dikker dan 20 mm doorgaans gewapend met staalplaatjes. Deze zijn door vulkanisatie hecht verbonden met het rubber en beperken dus de vormverandering. Hoe groter het oppervlak A’ van de oplegging, hoe kleiner de indrukking. Dat geeft ook een verklaring waarom van oudsher wordt gewerkt met tabel 3 van norm EN 1337-3. Hierin zijn opleggingen qua opbouw van rubber- en staaldikten min of meer gestandaardiseerd. Hoe groter het oppervlak van de oplegging, hoe dikker de lagen (t_i) kunnen zijn om een vergelijkbare maximale indrukking te houden.

Proeven wijzen uit dat de indrukking van rubber niet helemaal lineair is met de kracht, maar het blijkt een aardige benadering voor de belastingen die van toepassing zijn. Hiernaast zien we het werkelijke verband tussen indrukking en belasting voor verschillende afmetingen van ongewapend rubber. De meest gebruikelijke belastingen vallen in het lineaire gebied.

Waar verticale vervorming het gevolg is van belasting, werkt het bij horizontale vervorming precies andersom. De lengteverandering van het opgelegde bouwdeel zorgt voor een vervorming van de oplegging. Deze vervorming leidt vervolgens door de elastische weerstand van het rubber tot een reactiekracht. Deze reactiekracht, R_xy, wordt berekend met de onderstaande formule (zie EN 1337-3:2005 § 5.3.3.6).

Getoetst wordt of de berekende reactiekracht kleiner blijft dan de maximale wrijvingskracht zodat de oplegging niet gaat glijden. Hierbij moet worden opgemerkt dat in de norm slechts twee wrijvingsfactoren gebruikt worden, één voor beton en één voor “overige materialen” inclusief kunstharsmortels. Deze toets staat onder druk omdat verschillende gevallen bekend zijn van opleggingen die van hun plek zijn gekomen terwijl dit theoretisch niet zou kunnen. PVO doet momenteel onderzoek naar wandelende opleggingen.

Verwarrend is als constructeurs bij hun opgave van belastingen en vervormingen zelf een reactiekracht berekenen en deze als externe horizontale kracht opgeven. In zo’n geval bestaat het risico dat de reactiekrachten twee maal meegenomen worden in een dimensioneringsberekening.

Vertrouwen in CE-markering?

Zowel in Nederland als in België bestaat weinig vertrouwen in de kwaliteit van gewapend rubber opleggingen. De introductie van de Verordening Bouwproducten (CPR) in 2013 heeft daar geen verandering in gebracht. In Nederland vraagt Rijkswaterstaat om testresultaten van de fabriek, in België beproeft men extra te leveren opleggingen zelf. De keuringen zijn kostbaar in verhouding en staan niet in verhouding tot de prijs van het product. Het is de vraag waar het wantrouwen vandaan komt en of dit nog terecht is. Om opleggingen met de verplichte CE-markering te mogen leveren, moet de interne kwaliteitsborging immers zijn goedgekeurd door de Europese Unie. Het systeem is juist opgezet met het doel om nationale keuringen te vervangen. Als opdrachtnemer wordt u echter geconfronteerd met de al dan niet terechte wensen van uw opdrachtgever. In dit artikel wordt beschreven waarmee rekening dient te worden gehouden.

Fabrikanten van gewapend rubber opleggingen – in Vlaanderen spreekt men van “oplegtoestellen van gefretteerd rubber” – hebben veel geld en tijd besteed aan het verkrijgen van certificaten die aantonen dat zij producten met CE-markering mogen leveren. Bij een attesteringsniveau 1 (regelmatige controle door externe partij) bestaat een extra prikkel om de kwaliteitsbewaking op orde te hebben. De periodieke beproeving van halffabricaten en eindproducten resulteert in een constante kwaliteit. In het delicate proces van de productie van gewapend rubber opleggingen kan een verandering van eigenschappen van een ingrediënt immers gevolgen hebben voor de kwaliteit van het eindproduct. Als er maar wat aan gerommeld zou worden, dan heeft de fabrikant een grote kans zijn certificaat te verliezen.

In Nederland haakt Rijkswaterstaat in op het systeem van CE-markering. De in RTD 1012 geëiste rapportage betreft hoofdzakelijk beproevingen volgens de geharmoniseerde testmethoden uit norm EN 1337-3. Deze proeven worden al door de fabrikant zelf gedaan volgens een genormeerd schema. Rijkswaterstaat vraagt echter expliciet om testresultaten van de te leveren partij opleggingen. Dat kost tijd en geld. Bij de ozontest, die normaliter één maal per jaar wordt gedaan, is de specialistische, regelmatig geijkte, apparatuur benodigd van een extern laboratorium. Voor het maken van het gewenste RTD 1012 dossier moet enkele weken worden opgeteld bij de normale productietijd.

België lijkt geen enkel vertrouwen te hebben in CE-markering. Meestal wordt voorgeschreven dat extra opleggingen moeten worden geleverd voor destructieve beproeving. Soms mogen die extra opleggingen vooraf worden aangevoerd, soms wil de opdrachtgever zelf de te keuren opleggingen kiezen uit de hele partij. Kennelijk is de gedachte dat de fabrieken A- en B-kwaliteiten kunnen leveren! Onze fabrikant SNAC werkt hier niet meer aan mee. In het verleden zijn hele partijen opleggingen onterecht afgekeurd. Pas na enige maanden bleek dat de beproeving of monstername niet volgens de geharmoniseerde testmethode was gebeurd. Indien gewenst kan wel worden gegarandeerd dat zowel de testexemplaren als de opleggingen die worden toegepast in het bouwwerk uit dezelfde partij rubber worden vervaardigd. De proeven dienen dan vlot te worden uitgevoerd. Een rubbermengsel kan maximaal twee maanden bewaard worden.

Alleen de resultaten van proeven volgens de genormeerde testmethoden worden geaccepteerd. Van belang daarbij is dat ook de monstername op de juiste wijze gebeurd. Aandachtspunten zijn:

• Hardheid. Dit is geen essentieel kenmerk! Sinds 2005 geldt de afschuifstijfheid of G-modulus (0,9 ± 0,15 MPa) als maat voor de vervormbaarheid. De afschuiftest wordt beschreven in Annex F van de norm. Een hardheidsmeting kan – mits goed uitgevoerd! – alleen nog worden gebruikt om een indruk te krijgen van de homogeniteit van de oplegging. In de Errata aanvulling SB 260 2.0 is dit inmiddels ook zo vermeld. Zie 32-33.1.3.1.C op pagina 242 (digitaal 244).
• Norm NBN T 31-002:1976 is  per 7 december 2017 vervallen.
• Norm NBN T 32-001:1980 is per 10-10-2010 vervallen en vervangen door EN 1337-3
• Minimale trekweerstand. In bestekken van Infrabel staat dat proefstukken dienen te worden genomen uit een afgewerkte oplegging. Dat is niet conform de norm. Het maken van een proefstuk is een kunst apart. We leveren ze desgewenst graag mee.

Brandgedrag rubber opleggingen

Sinds 1 maart 2003 geldt een Europees classificatiesysteem voor de brandveiligheid van bouwstoffen. Daarmee kunnen verschillende producten objectief worden vergeleken. De behoefte om opleggingen op dit punt te toetsen lijkt gering. Tot dusver vroeg niemand ons naar het classificatierapport van onze oplegmaterialen. In een enkel geval werden opleggingen besteld met manchetten van minerale wol, maar ook dat komt niet vaak voor. De vraag doet zich voor of dit terecht is of niet. Zijn oplegmaterialen zo’n klein onderdeel van een bouwwerk dat de bijdrage aan brand te verwaarlozen is of is het nonchalance? In dit artikel wordt ingegaan op het brandgedrag van rubber oplegmaterialen.

Op Europees niveau is de brandwerendheid van bouwproducten geregeld in EN 13501-2  “Brandclassificatie van bouwproducten en bouwdelen”. Van belang is deel 2: “Classificatie op grond van resultaten van brandwerendheidsproeven, behalve voor ventilatiesystemen, 13501-2:2007A1:2009”. Deze norm regelt de indeling op basis van de resultaten van verschillende brandwerendheidstest op bouwdelen. In hoofdstuk 3 wordt het begrip “bouwdeel” beschreven: “gedefinieerd deel van een gebouw, bijvoorbeeld een muur, scheidingswand, plafond, dak, balken of kolommen (EN 1363-1:1999)”. In feite kunnen oplegmaterialen dus niet volgens de norm worden geclassificeerd. ESZ heeft haar producten toch laten testen en wel op de eisen die gelden voor klasse E.

Norm EN 13501-2 maakt onderscheid in brandklassen A1 tot en met F, de rookklassen s1 tot en met s3 en de druppelvormingsklassen d0 tot en met d2. Hierbij staat de “s’ voor smoke en de “d” voor drop of dripping. Producten met de classificatie A1 leveren geen enkele bijdrage aan een brand. Klasse A1 betekent dus in feite A1-so,do.  Klasse F staat voor “uiterst brandbaar”. In deze categorie worden alle bouwproducten ingedeeld die niet voldoen aan klasse E. In de praktijk is een klasse F-product dus niet getest. Voor elke klasse gelden eisen betreffende een combinatie van maximaal elf producteigenschappen. In Europa mogen materialen van bouwmateriaalklasse F alleen in een gebouw worden geïnstalleerd als ze zodanig met een ander bouwmateriaal zijn verbonden dat de combinatie niet langer licht ontvlambaar is.

Voor een E-classificatie wordt uitsluitend de producteigenschap vlamverspreiding (F_s) in beschouwing genomen. Bij deze proef moet de voortplanting van een vlam binnen bepaalde grenzen blijven. Mocht daartoe ooit aanleiding bestaan, dan zal ESZ onderzoek laten doen om een hogere classificatie te verkrijgen. Rapport 31 7080304-A geldt voor alle dikten van Type 100, Type 150, Type 200, profiel- en piramideopleggingen, Fosta HP, gewapende opleggingen en Leco dempingsblokken. Rookproductie en het vrijkomen van brandende druppels of deeltjes zijn niet onderzocht.

Het brandgedrag van een bouwstof heeft voornamelijk betrekking heeft op de veiligheid van de gebruiker van het bouwwerk. Voor de constructie als geheel is interessant hoe een oplegmateriaal tijdens of na een brand functioneert. Bij blootstelling aan vlammen zal de buitenzijde van de oplegging verbranden. De binnenzijde wordt echter beschermd door de korst aan de buitenzijde. Afhankelijk van oppervlaktemaat zal de kern van de oplegging maar langzaam worden aangetast door de vlammen. Temperatuur speelt echter een belangrijke rol. Elastomeren zijn slechts bestand tegen maximaal 90 °C (CR) of 120 °C (EPDM). Tijdens een “standaard” brand kan de temperatuur al snel kan oplopen tot boven 600 °C. Een aan deze hitte blootgestelde oplegging functioneert niet meer en moet als verloren worden beschouwd.

Als de opleggingen een constructief belangrijk onderdeel vormen van het bouwwerk, dan dienen maatregelen te worden genomen tegen de gevolgen van een brand. Met relatief goedkope producten kan dat eenvoudig worden gerealiseerd:

• een manchet van minerale wol rondom de oplegging. Onze producent ESZ kan deze manchetten meeleveren.
• het aanbrengen van een brandwerend koord rond de oplegging.
• het afdichten van de gehele voeg waarin de opleggingen zich bevinden met een brandwerende voegafdichting als Vedafeu C.