Voegafwerking

Voegafwerking is één van de specialisaties van Arcas. Wat houdt zo’n afwerking in? Voegen zijn bijna altijd dilatatievoegen. Zij vangen het uitzetten en krimpen van materialen – de werking – op. We komen dilatatievoegen tegen in vloeren, wanden en plafonds. Vaak zitten ze in steenachtige materialen (beton, metselwerk), soms in een staalconstructie. De voegen komen voor in droge, natte of chemisch agressieve omstandigheden. Per project en per locatie worden dus andere eisen gesteld aan de afwerking. Moet de voeg winddicht, waterdicht, brandwerend of alleen esthetisch worden afgewerkt? Of gaat het om een combinatie van eisen? Hoe houden we de voegwanden heel als de voeg worden overreden?  In deze nichemarkt zijn de eisen en  oplossingen zeer divers. In de afgelopen vijf jaar heb ik hier regelmatig over geschreven. Dit artikel geeft algemene informatie over voegafwerking met koppelingen naar eerdere publicaties.

Draag- of constructievloeren, brugdekken
‘Hoe wordt de voeg belast?’ is de belangrijkste vraag.  Gaat het om een statisch belaste vloer zoals een boven- of ondergronds gelegen dakconstructie of wordt de voeg overreden door verkeer? Wat is de aard van dit verkeer?

vocTraditioneel wordt onderscheid gemaakt tussen voegen in B&U- en Infra-projecten. In de verschillende vakgebieden worden zelfs andere namen gebruikt. Voor voegen in kunstwerken  hanteert men in Nederland de term ‘voegovergang’ of ‘voegovergangsconstructie’ en in Vlaanderen spreekt men van ‘brugdekvoeg’. In de B&U-sector wordt de aanduiding ‘dilatatievoegprofiel’ gebruikt.

Aan dynamisch zwaar belaste voegovergangsconstructies worden hoge eisen gesteld. Alle ooit in Nederland toegepaste oplossingen worden behandeld in de Meerkeuzematrix Voegovergangen van Rijkswaterstaat. Wij leveren enkele van de vermelde bouwstoffen.

Dynamisch licht belaste voegen – lees: belasting door langzaam rijdend verkeer – worden afgewerkt met B&U-dilatatievoegprofielen. Omdat lekkage in ondergelegen ruimten te allen tijde moet worden voorkomen, is de waterdichtheid van B&U-profielen in principe beter dan die van brugdekvoegen. In ‘waterdichte voegprofielen’ vindt u meer over de keuze van het juiste profiel.

bazelOok bestaat een categorie Infrabouwwerken waarvan de voegen niet zwaar dynamisch wordt belast. Naar mijn mening is een B&U-voegprofiel, dat met succes is toegepast in parkeergarages, ook geschikt voor een fiets- en/of voetgangersbrug. Hetzelfde geldt voor bijvoorbeeld busstations boven een ondergrondse ruimte. Met een B&U-dilatatievoegprofiel kunnen haakse hoeken en kruisingen worden gemaakt. Dat is een stuk lastiger met een Infra-voegovergang.

Bij de afwerking van vloervoegen in een overdekte omgeving speelt waterdichting meestal geen rol. De verkeersbelasting is dan maatgevend. Meer daarover in het artikel ‘Overrijdbare voegprofielen zonder waterdichting’. Vloeistofdichting is echter wel van belang bij vloeren in productiegebouwen in de levensmiddelen- en chemische industrie, brouwerijen en keukens. Hier speelt zowel waterdichtheid als hygiëne een rol. Met speciale voegprofielen kan aan alle eisen kan worden voldaan.

kolomBescherming van voegwanden is geen thema bij nauwelijks belaste dilatatievoegen in daken. Waterdichting wel. In dit artikel leest u welke bouwstoffen daarvoor geschikt zijn. Met dezelfde producten zijn ook ondergrondse dilatatievoegen langdurig waterdicht te maken.  Als alleen een esthetische afwerking of winddichting van belang is, kan worden gekozen voor een afwerking die wordt toegepast in wanden en plafonds.

Wanden, gevels en plafonds
Bij de afwerking van wanden en plafonds in een binnenomgeving is met name de brandwering van belang. Brandwering en een esthetische afwerking kunnen prima worden gecombineerd.

Gevels moeten wind- en waterdicht zijn. Voor de meeste type gevels zijn speciale voegprofielen beschikbaar. Met name de maximale beweging van de voeg is van belang bij de keuze van het juiste profiel.

In ‘Dilataties in wanden en gevels‘ meer over dit onderwerp.

2-coupefeu-1Brandwering
Via open dilatatievoegen kunnen vuur en rookgassen de naastgelegen ruimte(n) bereiken. Een voegprofiel biedt te weinig weerstand en de meeste brandwerende kitten zijn niet geschikt voor bewegende en/of grote voegen. In ‘Voegen in brandcompartimenten” en “Brandwerende voegafdichting, tien controlepunten‘ leest u hier meer over.

Brandwerende voegvullingen kunnen prima worden gecombineerd met andere afwerkingen.

Lekkende parkeerdaken

Sommige parkeerdaken lekken enkele jaren na oplevering al. Langdurige lekkage laat zijn sporen na en geeft een aftandse indruk. Naast esthetisch verval en ongerief kan de indringing van hemelwater ook schade veroorzaken aan voertuigen die onder het dak geparkeerd staan. Lekwater dat door of langs beton sijpelt, wordt namelijk in meer of mindere mate basisch. De lak van een auto of motor is slecht bestand tegen alkalische vloeistoffen. De parkeergebouwen die wij op uitnodiging bezoeken zijn doorgaans lek. Beweerd wordt dat dit het geval is bij 80 tot 90% van alle bovengrondse parkeergarages en parkeerdaken. Waar of niet waar, duidelijk is wel dat er vaak iets mis is met de waterdichtheid van deze bouwwerken. In het artikel ‘Waar zit het lek?’ is aandacht besteed aan de uitvoering van de waterdichte voegafwerking. Met name de details zoals opstanden, hoeken en kruisingen vragen om vakmanschap. Hier worden de meeste uitvoeringsfouten aangetroffen. In de ontwerpfase valt nog meer te winnen. Het verhelpen van lekkage als gevolg van een verkeerde materiaalkeuze of een gebrekkige detaillering is immers ingrijpend en kostbaar. In dit artikel worden zes praktijkvoorbeelden gegeven waar het tijdens de voorbereidingsfase mis kan gaan. Doe er uw voordeel mee!

Losliggende afwerklaag zonder dilatatievoegprofielen

In geballaste dakconstructies is het waterdichte membraan de scheiding tussen de draagconstructie en het pakket daarboven. De materialen boven en onder het membraan worden geacht onafhankelijk van elkaar te bewegen. De praktijk leert vaak anders. De lagen raken toch min of meer verbonden. DSC03331-300De voegbewegingen in de draagconstructie leiden dan tot scheurvorming in de bovenlagen en in het membraan. Op de foto zien we de scheuren in een dak met een kunsthars gebonden drainagelaag op een bitumineuze bedekking. Het dak begon kort na oplevering al te lekken. Later zijn alsnog waterdichte dilatatievoegprofielen aangebracht.

Niet gesteunde voegwanden

Voegen die waterdicht worden afgewerkt met een al dan niet gelijmd rubber compressieprofiel of een kitvulling zijn kwetsbaar op de plaatsen waar auto’s passeren. DSC02201-300De druk van de passerende voertuigen manifesteert zich als trekkracht in de ongewapende voegwand. Elastisch voegvullingsmateriaal biedt onvoldoende tegendruk om de voegwanden te beschermen tegen afbrokkeling. Het behoeft geen nadere uitleg dat hemelwater hier gemakkelijk indringt.

Gesteunde voegwanden, maar verkeerde elastische afwerking

De foto hiernaast toont een dilatatievoeg 20141126_103349-300in een constructie van kanaalplaten met druklaag. De druklaag is aan beide zijden van de voeg afgewerkt met stalen hoekprofielen die op de kanaalplaten zijn bevestigd. Helaas kon de kit tussen het staal de voegbewegingen al snel niet meer volgen. De foto is acht jaar na oplevering genomen. Aan de schade onder het dek te oordelen lekte het dak toen al jaren.

Voegafwerking niet doorgezet bij de opstanden

DSC02203-300Een goede dakbedekking wordt in kuipvorm aangebracht. Dit principe geldt uiteraard ook voor een waterdichte voegafwerking. Het voegprofiel – of de waterdichte laag daarin – dient aan de einden verticaal te worden opgezet. Voegbewegingen eindigen immers niet in de kim.

Toepassing van aluminium voegprofielen in lange lengten

Het temperatuurverschil tussen zomer en winter van een parkeerdak kan zo’n 70 °C bedragen. Staal en beton hebben dezelfde uitzettingscoëfficiënt. Er is dus geen verschil in thermische lengteverandering van een stalen voegprofiel en de betonnen ondergrond. De uitzetting van aluminium is echter twee keer zo groot. Bij grote lengten kan zich dat wreken bij kruisingen en hoekstukken.

Voeg op verkeersdrempel

20140902_124302-300plusHet is verstandig de bovenzijde van voegprofielen iets boven het dakvlak aan te brengen. Het voegprofiel is weliswaar waterdicht, maar vervuiling door plasvorming van het harmonicarubber is niet aan te bevelen. Het aanbrengen van een dilatatievoeg op een flinke verkeersheuvel is echter teveel van het goede. Op de foto zien we de schade die is aangericht door spoilers en trekhaken.

Herkeuren van brugopleggingen

Het Europees Hof van Justitie is van oordeel  dat het vrije verkeer van goederen wordt belemmerd als extra (nationale) keuringen worden gevraagd voor bouwproducten met CE-markering. Het arrest van 16 oktober jl. betekent dat de conformiteit van producten, waarvan de goede werking al is vastgesteld volgens een geharmoniseerde Europese norm, niet nogmaals hoeft te worden aangetoond. De Nederlandse landsadvocaat kwam in september ook al tot deze conclusie. De uitspraak is een steun in de rug voor de Verordening Bouwproducten die sinds 1 juli 2013 van kracht is. Deze verordening heeft tot doel de interne markt beter te laten functioneren. Voor onze afnemers van brugopleggingen is het arrest interessant. Een bestek-eis om brugopleggingen die volgens de norm zijn geproduceerd te laten keuren kan worden bestempeld als strijdig met de Europese regelgeving.

De uitspraak van het Hof is gedaan in een zaak die was aangespannen door de Europese Commissie tegen de Bondsrepubliek Duitsland. Dit na ontvangst van een groot aantal klachten van fabrikanten CEover de toelating van hun bouwstoffen op de Duitse markt. Zonder het Ü-Zeichen is het in Duitsland niet toegestaan een product te verhandelen. Deze regel werd ook toegepast op bouwstoffen die waren voorzien van een CE-markering. De Europese Commissie is in het gelijk gesteld. De Duitse bouwregelgeving moet nu worden herzien.

De Verordening Bouwproducten (Construction Products Regulation, CPR) is “van toepassing in alle landen van de Europese Unie en hoeft niet eerst in nationale wetgeving omgezet te worden” aldus de brochure CE-Markering van het Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties. In § 1.2 lezen we dat een andere private kwaliteitsverklaring nooit in de plaats kan komen van CE-markering en de bijbehorende prestatieverklaring.  De CE-markering geeft aan dat de producten voldoen aan de essentiële kenmerken.

Wat zijn nu die essentiële kenmerken voor gewapende rubber oplegblokken? Volgens annex ZA van norm EN 1337-3:2005 zijn dit:

  • Minimale gebruikstemperatuur
  • Vloeigrens van het staal van de wapeningplaten
  • Schuif- of glijdingsmodules G van het elastomeer
  • Het soort elastomeer

In standaardbestekken met betrekking tot de bouw van kunstwerken wordt nog vaak de voorwaarde gesteld, dat een partij opleggingen moet worden beproefd door middel van destructief onderzoek aan één extra geleverd exemplaar. Met een horizontale vervormingsproef op de helften van een doorgezaagde oplegging proefopstellingdient de glijdingsmodulus G te worden vastgesteld. Deze waarde is één van de essentiële kenmerken. Vastgesteld kan worden dat een dergelijke eis inmiddels buiten spel is gezet door de hogere Europese regelgeving. Het voegt ook niet veel toe. De proef wordt namelijk periodiek ook in de fabriek gedaan indien onder attesteringsniveau 1 wordt geproduceerd.

Een opdrachtgever mag, met inachtneming van de ruimte die de harmonisatie laat, wel hogere of aanvullende eisen stellen aan een bouwstof met CE-markering. Volgens het advies van de landsadvocaat (zie § 2.5.4) moet dan gemotiveerd worden waarom bepaalde concrete specificaties worden gevraagd.

In dezelfde standaardbestekken vinden we eisen ten aanzien van de hardheid van het gebruikte rubber. Let wel: dit gaat om het mengsel vóór vulkanisatie en hardheid is geen essentieel kenmerk! In de norm vinden we alleen eisen met betrekking tot de verandering van de hardheid na versnelde veroudering. Dat is logisch. Een oplegging moet na tientallen jaren nog steeds ongeveer dezelfde stugheid hebben. Met een simpele durometertest is de hardheid voor en na veroudering eenvoudig vast te stellen.

Los van de altijd ontbrekende motivatie is de vraag of hardheid moet worden gezien als een aanvullende eis. In tegenstelling tot de glijdingsmodulus speelt de hardheid immers geen rol in de formules waarmee een oplegblok wordt gedimensioneerd. Gevoelsmatig bestaat verwantschap tussen de eigenschappen. Beide zeggen iets over de vervormbaarheid. We vinden bevestiging in Annex D van de norm. Hier wordt gesteld dat een niet exact vaststaande relatie bestaat tussen de glijdingsmodulus en de hardheid.  Zo komt een G-modulus van 0,9 MPa ongeveer overeen met een hardheid van 60 ± 5 IRHD. Let wel: dit geldt voor het basis rubbermengsel en niet voor het staal gewapende eindproduct!

Uit wetenschappelijk onderzoek blijkt dat het gemeten monster ten minste 6 mm dik moet zijn. Metingen verkregen met een Shore A hardheidsmeter op monsters van minder dan 6 mm geven abusievelijk hoge waarden, waarbij de fout groter is naarmate de dikte afneemt.

De wapeningsplaten liggen meestal minder dan 6 mm onder de  omhullingslaag. Alleen als er aan de zijkanten precies tussen de wapeningsplaten wordt gemeten kan een min of meer betrouwbare meting verkregen. Een hardheid van bijvoorbeeld 68 graden shore kan echter een G-modulus hebben die ruim binnen de normgrens valt. Hardheidsmetingen kunnen een indicatie geven van de G-modulus  en de homogeniteit van de oplegging maar afkeuring op basis van de verkregen waarden betekent een een belemmering van het vrije handelsverkeer.

Trekkrachten in het contactvlak

De losse verbinding tussen ligger en staander is de eenvoudigste en waarschijnlijk oudste constructieve verbinding die er is. De Hunebedbouwers maakten er al gebruik van. Op het contactvlak tussen de zwerfkeien worden drukkrachten overgebracht via direct contact. Dat kan uiteraard nog steeds maar in betonconstructies gebruiken we tegenwoordig oplegmaterialen tussen de elementen. Meestal is dat elastomeer (‘rubber’) en in Nederland wordt ook vilt toegepast. Het gebruik van elastisch oplegmateriaal heeft vele voordelen maar is niet helemaal zonder gevolg. De vervorming van het volumevaste rubber veroorzaakt namelijk trekspanningen. Hiermee moet bij betonnen constructies rekening worden gehouden.

Oplegmaterialen effenen het oplegvlak en zorgen voor concentratie van de druk op de juiste plek. Zonder toepassing van opleggingen kunnen piekspanningen ontstaan door oneffenheden in het contactvlak. Een lichte scheefstand van de staander of doorbuiging van de ligger, leidt tot een drukpunt op de rand. Hetzelfde geldt bij contactvlakken die niet perfect evenwijdig lopen. Rubber opleggingen zijn elastisch en dientengevolge in staat translaties en hoekverdraaiingen op te nemen.

Alleen wanneer de drukspanningen zeer gering zijn, mogen  betonnen elementen koud op elkaar gelegd worden. Eventuele oneffenheden in de contactvlakken dienen dan eerst weggewerkt te worden met daartoe geëigende mortels. Bij vloer- en balkopleggingen zijn de drukspanningen meestal hoog en moeten dus oplegmaterialen worden gebruikt. Deze nemen de onregelmatigheden van het contactvlak op en verdelen de contactspanningen. De dikte van het oplegmateriaal bij B&U-projecten varieert doorgaans van 2 tot 20 mm voor ongewapend rubber en van 10 tot circa 40 mm mét wapening. Gewapend rubber is als brugoplegging ook in grotere dikten leverbaar. Gangbare dikten van oplegvilt zijn 5 en 10 mm.

Een 2 mm dik rubber doet alleen dienst als egalisatie- en drukverdelingslaag. Hetzelfde geldt voor vilt. Dit materiaal is namelijk niet elastisch. Dat wil zeggen dat veranderingen van vorm onder druk grotendeels blijvend zijn. Vilt is daarom alleen geschikt voor toepassing in constructies waar nauwelijks horizontale verplaatsingen en variaties in hoekverdraaiingen voorkomen. Voor de opname van planparallelle verschuivingen (meestal lengteverandering van de ligger) en rotaties, is elastomeer met enige hoogte benodigd. Hoe dikker, hoe meer verschuiving mogelijk is. Hoe groter de hoogtemaat én hoe smaller de oplegging, hoe meer hoekverdraaiing kan worden opgenomen. Een dikkere oplegging kan echter niet altijd tot het maximum worden belast. Zie het artikel ‘Vormfactor: begrenzing van de oplegdruk’.

belastingen_en_vervormingenOplegmateriaal moet op een bepaalde afstand van de rand van het dragende element worden geplaatst om afbrokkelen van de ongewapende randzone van het steunpunt te voorkomen. De te hanteren randafstand zijn te vinden in de tabellen 10.2 tot en met 10.4 van Eurocode 2 deel 1-1. Gecontroleerd dient te worden of de ligger bij maximale doorbuiging de rand van het beton niet raakt.

dwarse_trekkrachtenBij het gebruik van elastomeer opleggingen zullen trekkrachten ontstaan in de aangrenzende bouwelementen. Dat komt omdat elastomeer onder druk zijn volume behoudt. De oppervlaktewrijving ter plaatse van het contactvlak met de bouwelementen verhindert het rubber om in zijdelingse richting uit te zetten. Het gevolg is het ontstaan van trekspanningen in het aangrenzend materiaal en drukspanningen in het elastomeer. Deze spanningen nemen toe met de rubberdikte. De trekkrachten dienen niet verward te worden met splijtspanningen die op een zekere diepte optreden en bij elk belast oppervlak voorkomen. Om de krachten te kunnen opvangen dient wapening, met inachtneming van de vereiste dekking, zo dicht mogelijk onder het oppervlak te worden gelegd.

Voor de berekening van de trekkrachten hanteert men in DIN 4141-15 5.3 de volgende formule.
Formule_ZqMet daarin:
F = belasting in kN
a = maat van de oplegging in de richting van de trekkrachten in mm
t  = dikte van de oplegging in mm

Een voorbeeld met een 15 mm dikke oplegging met een oppervlakte van 100 x 200 mm:

Formule_Zq_voorbeeld

Ervaringen met bekistingsfolie

Het is algemeen bekend dat de huid vaak poreuzer en minder dicht is dan de rest van een betonnen element. Dit is meestal het gevolg van een plaatselijk hogere water-cementfactor.  Door verdichting wordt lucht en overtollig water naar de buitenzijde gedreven. Bij de bekisting houdt de migratie op. Na verwijdering van de mal zijn oppervlaktegaten (gietgallen) en watergerelateerde vlekken zichtbaar. Ontwerpers en betontechnologen hebben geprobeerd om het probleem van de lage kwaliteit van de betonhuid aan te pakken door het voorschrijven en ontwikkelen van bijvoorbeeld oppervlaktebehandelingen, coatings en betere betonmengsels. Desondanks wordt in Groot-Brittannië jaarlijks meer dan £ 100 miljoen besteed aan de reparatie van betonnen bruggen.

Ontwikkeling van CPF
werking_CPFControlled Permeability Formliners (CPF’s) zijn filterdoeken die op de bekisting worden bevestigd. Tijdens de stort ingesloten lucht en overtollig water wordt in het doek afgevoerd, terwijl  cement en andere kleine deeltjes achterblijven. Zowel in het laboratorium als in de praktijk is bewezen  dat het cementgehalte in de dekkingszone met CPF-systemen wordt verhoogd.  Gelijktijdig gaat de porositeit en permeabiliteit  omlaag. CPF is ontwikkeld in de jaren ’80 en op grote schaal gebruikt bij spoorbruggen in Europa en het Verre Oosten. Inmiddels zijn zo’n tweehonderd artikelen geschreven over de bevindingen.

Het gebruik van bekistingsdoek geeft twee belangrijke voordelen:

  • een glad en egaal oppervlak, relatief vrij van gaten, vlekken en onbesmet door restanten van lossingsmiddelen;
  • een dekkingszone met aanzienlijk verbeterde duurzaamheid .

Omdat geen lossingsmiddelen hoeven te worden gebruikt, heeft het betonoppervlakte een betere weerstand tegen bacteriegroei in wisselend natte en droge omgeving .

Kleur en textuur
met-zonder_CPFCPF wordt voornamelijk ingezet als middel ter verbetering van de degelijkheid van gewapend beton. Bijkomend voordeel is een aanzienlijke vermindering van oppervlaktegaten en vlekken. Met de meeste van deze bekistingsfolies kan een esthetisch verantwoorde textuur worden gemaakt.  CPF-beton is donkerder door de aanwezigheid van meer cementdeeltjes aan het oppervlak.  Bronnen geven aan dat dit effect minder wordt met de tijd. Een bijkomend voordeel van verdichting van de betonhuid is de beperkte diepte waarop graffiti kan indringen. Gebleken is dat verf zich eenvoudiger laat verwijderen dan bij gewoon beton.

Effect op de weerstand
doorsnede_CPFCorrosie als gevolg van chloridepenetratie  is een van de belangrijkste oorzaken van de aantasting van gewapend beton. Het gebruik van CPF’s vermindert de indringing van chloride ionen met 50 tot 60%. Aantasting door carbonatatie – een reactie van koolstofdioxide met calciumhydroxide – wordt in het algemeen beschouwd als geringer probleem. In grote steden kan de CO2 concentratie echter hoog zijn. Uit onderzoek blijkt dat CPF’s de invloed van carbonatatie met 50 tot 100% kan terugbrengen. Vorst-dooischade treedt op  in een vochtige omgeving. Alhoewel het tegendeel werd verwacht, blijkt CPF-beton een betere weerstand te hebben tegen vorst dan conventioneel beton. Een optimaal resultaat werd bereikt met een combinatie van CPF, luchtbelvormers en hydrofobeermiddelen. Het gebruik van bekistingsfolie is het meest effectief op plaatsen waar verdichting lastig is.

Kosten-batenanalyse
Tegenover de kosten van de aanschaf en het aanbrengen van een CPF-systeem staan besparingen:

  • uithardings- en/of losmiddelen zijn overbodig;
  • een lagere kwaliteit multiplex kan worden gebruikt;
  • minder cosmetische reparaties;
  • bekistingsfolie kan meermaals gebruikt worden. Uit studies blijkt dat tussendoor gereinigd doek beter presteert dan ongewassen materiaal.

Veruit de grootste voordelen worden bereikt wanneer de hele levensduur van de constructie in beschouwing wordt genomen. Verbetering van de duurzaamheid kan leiden tot vermindering van onderhoudskosten en/of dure reparaties.

Slotopmerking
Om een bepaalde levensduur van een brug te kunnen realiseren, is het noodzakelijk dat opdrachtgevers, ontwerpers en aannemers aandacht hebben voor omgevingsinvloeden.  Dit is vooral van belang voor die onderdelen die bloot staan aan de schadelijke effecten van chloride ionen, kooldioxide of vorst.

Bovenstaande tekst is een samenvatting van een ‘Current Practice Sheet’ van de Britse Concrete Bridge Development Group. Het oorspronkelijke artikel (CPS 10 – Controlled Permeability Formwork) is na registratie gratis te downloaden op http://www.cbdg.org.uk/pubs3.asp. De afbeeldingen zijn van Fibertex A/S / Arcas Trading BV.

Voor meer informatie over CPF’s lees het artikel “Voorkom mosaangroei en betonaantasting“.

Vormfactor: begrenzing van de oplegdruk

Rubber oplegmaterialen zijn in staat een bepaalde maximale toelaatbare belasting op te nemen. Bij onze  ESZ ongewapende opleggingen is aan de typeaanduiding te zien wat dit maximum is. In ‘C-10-E’ staat de ’10’ voor 10 N/mm², C-20-E kan 20 N/mm² opnemen.  Gebruiksbelasting wel te verstaan, de veiligheidsfactor zit in het materiaal zelf. Deze maximale gemiddelde druk is echter niet van toepassing voor alle afmetingen. Bij kleine formaten geldt een veel lagere limiet. Deze maxima zijn vastgelegd in een Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeuchnis. Dit is een keuringsdocument dat in Duitsland nodig is om aan te tonen dat een product voldoet aan de bouwtechnische voorschriften. Waarom mogen kleinere afmetingen niet vol belast worden?  In dit artikel wordt uitgelegd hoe dat zit.

Alle rekenmethoden om een al dan niet gewapende rubber oplegging te dimensioneren zijn gebaseerd op de lineair-elastische theorie van Topaloff. Deze publiceerde zijn bevindingen in het tijdschrift ‘Der Bauingenieur’ in 1964. De uitgangspunten van zijn onderzoek waren:

  • De vervormingen van het oplegrubber zijn klein ten opzichte van de afmetingen van de oplegging;
  • Bij kleine vervormingen bestaat  een lineaire verhouding  tussen de belasting en de daaruit resulterende vervorming;
  • Vervormingen zijn volledig elastisch;
  • Het rubber is niet indrukbaar. Anders gezegd: het materiaal houdt onder druk een gelijk volume;
  •  In het rubber heerst een hydrostatische druk. Dat wil zeggen dat de spanning in alle richtingen gelijk is.

In de jaren ‘70 van de vorige eeuw is vastgesteld dat niet alleen de dikte van het rubber van belang is bij de vervorming, maar ook de lengte en breedte van de oplegging. Dit leidde tot de invoering van de zogenoemde ‘Vormfactor’ S. Dit is de verhouding van het belaste oppervlak en de afmeting van de onbelaste zijden. In formulevorm:

S = (a x b) / 2 x (a + b) x t  (rechthoekige opleggingen)

S = D/4 x t (ronde opleggingen)

Waarin:
a = lengte
b = breedte
t = dikte
D = diameter

Een rechthoekige oplegging van 50 x 100 x 10 mm heeft een vormfactor S = 1,7.  De S-waarde van een twee maal zo groot stuk rubber van 100 x 100 x 10 bedraagt  2,5. Dezelfde vormfactor  geldt voor een plaat van 200 x 200 x 20 mm.

Formfaktor_Prüfzeugnisbelast rubberIn de Prüfzeugnis  van bijvoorbeeld type C-20-E  is voor dikten 15 en 20 mm vastgelegd dat de oplegdruk van 20 N/mm² geldt bij een vormfactor groter of gelijk aan 3. Bij een factor tussen 1,5 en 3 is een maximum van 15 N/mm² van toepassing. Hoe kleiner de waarde, hoe lager de maximale druk. Bij vormfactor S < 1 mag het product helemaal niet worden gebruikt. oppervlaktewijzigingDat is bijvoorbeeld het geval bij een blokje van 50 x 50 x 15 mm (S = 0,8). Bij deze geringe afmetingen en relatief grote dikte kan men zich voorstellen hoe sterk het product kan worden ingedrukt en dus niet meer voldoet aan het eerstgenoemde uitgangspunt.

In de praktijk kan de vormfactor een lastige hindernis zijn bij het dimensioneren. Dikte is immers  nodig om een flinke hoekverdraaiing of translatie op te nemen. Bij een dubbele dikte halveert echter de vormfactor. Hierdoor kan de maximale toegestane belasting in het geding komen. In voorkomende gevallen kan er gekozen voor het stapelen van lagen rubber met een geringe dikte. De laagjes dienen dan onderling te worden gescheiden door dunne staalplaatjes. Bij een dergelijke stapeling geldt de vormfactor van een enkele laag, maar kunnen de maximaal toelaatbare hoekverdraaiingen en maximale translaties van de afzonderlijke rubberlagen worden opgeteld. In feite ontstaat zo de structuur van een gewapend rubber oplegging waarbij moet worden opgemerkt stapeldat er bij de stapel geen hechting bestaat door vulkanisatie tussen rubber en staal zoals in een gewapend rubber (brug)oplegging. Een minimale druk (van 5 N/mm²) is dus noodzakelijk om verschuiving van de onderdelen te voorkomen. De maximale hoekverdraaiing is begrensd tot 40 ‰ (40 mrad) om te voorkomen dat het rubber tussen de staalplaatjes uitschiet.

Puntopleggingen; welke kwaliteit en afmetingen?

Puntopleggingen worden toegepast op de steunpunten van opgelegde elementen. De voornaamste reden van gebruik is het op de gewenste plaats overbrengen van verticale lasten. Vaste rubber puntopleggingen kunnen daarnaast ook hoekverdraaiingen en beperkte horizontale bewegingen opnemen. Een prettige bijkomstigheid is dat rubber opleggingen in elke maat en vorm kunnen worden geleverd. Waar nodig worden sparingen aangebracht voor bijvoorbeeld ankerpennen. Het dimensioneren van een elastisch materiaal is anders dan de berekening van een stalen of betonnen constructie. Hoe doet u dit? Hoe kiest u de  juiste kwaliteit oplegmateriaal?

Alle rekenmethoden om een al dan niet gewapende rubber oplegging te dimensioneren zijn gebaseerd op de lineair-elastische theorie van Topaloff. Deze publiceerde zijn bevindingen in het tijdschrift ‘Der Bauingenieur’ in 1964. In dit artikel over opleggingen voor de B&U- bouw volgen we de rekenmethode zoals deze is uitgewerkt in DIN 4141 deel 14 (1984).

Voor het dimensioneren van een puntoplegging heeft u de volgende gegevens nodig:

  • Verticale belastingen. Hier wordt de gebruiksbelasting aangehouden als karakteristieke rekenwaarde. De verhouding tussen variabele en permanente belasting kan eventueel van belang zijn bij de keuze van de kwaliteit van een oplegmateriaal. Daarover later meer.
  • Hoekverdraaiing. Uit de constructieberekeningen volgt de doorbuiging van het bouwdeel. Daarnaast gelden er eventueel geometrische aspecten. Verder is het niet onbelangrijk om rekening te houden met uitvoeringsaspecten. Een eventuele afwijking van 5 ‰ van de planparallelliteit (5 mm per meter of ca. 0,3 °) is realistisch.
  • Lengteverandering van het bouwdeel als gevolg van temperatuur, kruip en krimp.
  • Beschikbaar oplegvlak. De tabellen 10.2 tot en met 10.4 uit Eurocode 2 deel 1-1 bieden de nodige informatie. Aan de hand van de gemiddelde oplegdruk en het toegepaste materiaal van het ondersteund bouwdeel kunnen de minimaal benodigde oppervlakken en randafstanden worden vastgesteld. In principe is de breedte van de oplegging kleiner dan de lengte. Dat wil zeggen dat de as van de hoekverdraaiing evenwijdig loopt met de grootste afmeting. Sparingen, mits in totaal kleiner dan 10% van de oppervlakte van de oplegging, hoeven niet in mindering te worden gebracht op het beschikbare oppervlak. Verder dient te worden opgemerkt dat bij de dimensionering van oplegmateriaal een vormfactor wordt gehanteerd. Hoe kleiner en hoe dikker de oplegging, des te groter de vervorming en daarmee de interne schuifspanningen. Kleine dikke opleggingen kunnen daarom niet tot aan de opgegeven maximale oplegdruk worden belast.

Aan de hand van tabellen van leveranciers kan eenvoudig worden vastgesteld welk materiaal voor uw project het meest geschikt is. Eenvoudiger is echter het gebruik van een dimensioneringsprogramma. Met ons gratis beschikbare rekenvel bijvoorbeeld, kan direct het meest voordelige type uit het programma van ESZ worden bepaald. Gerekend kan worden met op de millimeter nauwkeurige maten en exacte hoekverdraaiingen. De programmatuur voorziet tevens in een keuze tussen de twee opleggingsklassen die worden gehanteerd in DIN 4141. Alhoewel deze norm in Nederland niet van kracht is, valt sterk te overwegen alleen de beste materialen in te zetten bij kritische situaties. De hoogste kwaliteit oplegmaterialen (klasse 1) heeft de nodige elastische overcapaciteit. Deze opleggingen worden toegepast in geval dat het eventuele bezwijken van de oplegging (bij bijvoorbeeld overschrijding van de veronderstelde belastingen) ernstige gevolgen heeft voor de draagkracht van de gehele constructie of delen daarvan. ‘Klasse 1 oplegmateriaal’ bevat relatief veel elastomeer. Dit geeft het product een snelle terugveerreactie en maakt het geschikt voor toepassing in constructies met een hoge variabele belasting. Wordt deze last weggenomen, dan blijft het oplegmateriaal de constructie ondersteunen. DIN 4141 schrijft klasse 1 voor als de variabele belasting meer dan 25% uitmaakt van de maximale belasting.

Bij het bestellen van opleggingen, zeker als deze sparingen hebben, is het verstandig een tekening mee te sturen. Bij uitvoeringen die zijn ingepakt in polyethyleen (voor toepassing onder ter plaatse gestort beton) of minerale wol (bescherming tegen brand) geeft u ook de maten van dit materiaal aan.