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 Kf 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 Kf = 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

Afbeelding

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 vz van een gewapend rubber oplegging onder invloed van kracht Fz kan volgens norm EN 1337-3:2005 § 5.3.3.7 worden uitgedrukt als formule-indrukkingDe 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”.

indrukkingMassief 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. Indrukking-2Hoe 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 (ti) kunnen zijn om een vergelijkbare maximale indrukking te houden.

indrukkingsdiagrarmmenProeven 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, Rxy, wordt berekend met de onderstaande formule (zie EN 1337-3:2005 § 5.3.3.6).

reactiekracht

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” – Certificatehebben 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.

CEBelgië 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.
  • 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
  • Tear-strengthMinimale 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.

ESZ-opleggingenOp 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.

KlassifizierungsberichtNorm 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 (Fs) 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.

brandkrommenHet 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:

  • Type-150-met-brandmancheteen 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.

Papier is geduldig

Af en toe ontvangen wij prijsaanvragen voor brugopleggingen waarbij het ontwerp is gemaakt door de constructeur van het kunstwerk. Met name is dat het geval bij toepassing van gewapend rubber opleggingen. Helemaal vreemd is dit niet. In de geldende norm EN 1337-3 wordt een rekenmethode gegeven voor het dimensioneren van dit type opleggingen. Het ontwerp van een vasthoud- en/of geleidingsconstructie is voor een constructeur geen moeilijke opgave als de afmeting van het blok eenmaal bepaald zijn. Vaak gaat het toch niet goed. Dit is toe te schrijven aan een gebrek aan kennis van het productieproces of de normeisen. Zo hebben we eens een prachtig ontwerp gekregen van een oplegconstructie die ook op trek belastbaar was. Op papier zagen de in elkaar grijpende klauwen er prachtig uit. Het ding was echter productietechnisch niet te realiseren. Laat staan dat het voldeed aan de eis van vervangbaarheid. In dit artikel wordt ingegaan op de valkuilen die kleven aan een eigen ontwerp.

In beginsel is de ontwerper verantwoordelijk voor het functioneren van de constructie. De producent kan en zal alleen waarschuwen bij eventuele evidente fouten. De controle beperkt zich tot de uitvoerbaarheid Productietekeningomdat belastingen en vervormingen in deze gevallen doorgaans niet worden gedeeld. Om deze reden kunnen dus ook geen betere of goedkopere alternatieven worden voorgesteld. Het mag duidelijk zijn dat een gespecialiseerde fabrieksconstructeur alle actuele kennis in huis heeft voor een technisch en economisch optimaal ontwerp.

Een belangrijke eis is de uitwisselbaar van de slijtende delen van een oplegconstructie. Vooral glijmateriaal als teflon gaat een beperkt aantal kilometers mee. Alle interne en externe kwaliteitscontroles  ten spijt, kan ook het rubber blok gebreken gaan vertonen en moet volgens de norm relatief eenvoudig vervangbaar zijn. Vaak vergeten wordt dat ook de tanden van een geleidingsconstructie kunnen slijten. Zo’n tand kan niet eenvoudig worden vervangen in de geringe ruimte tussen ligger en pijler of landhoofd.

Type-CEen oplegging type B (rubber blok zonder bevestigingsmogelijkheden) is eenvoudig uit te wisselen door het kunstwerk een stukje op te vijzelen. Bij een type C of B/C wordt dit lastiger. Zo’n oplegging wordt aan de boven- en/of onderconstructie van het kunstwerk bevestigd. Bouten kunnen worden losgemaakt, maar een ankerplaat met kopbouten niet. Een boutverbinding is alleen mogelijk als de ankerplaat groter is dan de rubber kern. Bovenstaande afbeelding uit norm EN 1337-3 toont deze oplossing rechtsonder. Bedenk echter dat een grote ankerplaat slechts aan één zijde kan worden aangebracht en niet aan twee zijden. Dat past niet in de mal die wordt gebruikt bij het vulkanisatieproces.

VS-RBUOnze fabrikant SBD maakt opleggingen type (B/)C uitwisselbaar door toepassing van deuvelschijven en ankerstangen. Bedenk ook dat de dikte van de buitenste staalplaten dient te voldoen aan § 4.4.3.2 van norm EN 1337-3 als onder CE-keur geleverd moet worden.

Een niet onbelangrijk aandachtspunt is de corrosiewering van de constructie. Een vasthoud- of geleidingsconstructie wordt apart gemaakt door een fabrikant van stalen opleggingen met certificaat EN 1337-8. Deze beschikt over apparatuur waarmee een zinklaag kan worden gespoten. Het rubber oplegblok wordt pas achteraf aangebracht in deze tegen corrosie beschermde staalconstructie. Een eenvoudige oplegging type (B/)C wordt echter gemaakt door een fabrikant die is gespecialiseerd in rubber opleggingen volgens EN 1337-3. Deze is gecertificeerd voor het aanbrengen van corrosiewering klasse C5M maar beschikt doorgaans niet over een zinkspuitinstallatie. Het aanbrengen van de zinklaag moet dan worden uitbesteed. Dat maakt een dergelijke corrosiewering prijzig. Een corrosievast stalen ankerplaat is dan vaak goedkoper. Daarbij is thermisch verzinken met een spuitpistool technisch mogelijk maar niet handig omdat het rubber goed moet worden beschermd. Vooraf verzinken gaat niet omdat op de zinklaag niet gevulkaniseerd kan worden. Vanzelfsprekend geldt dit ook voor in een dompelbad waarin het staal thermisch verzinkt wordt.

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.D-en-E

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. De Duitstalige editie vermeldt dit als dwingend gebod:… sind ausschließlich zur Aufnahme bleibender Formveränderungen … . Ook de Franse versie is eenduidig terwijl in Frankrijk 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.

glijplaatDe 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.

PTFE-met-smeerkuiltjesDe 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.

6.9.4

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.