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.  

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

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.