Enkelvoudige voegovergangsconstructies met klauwprofiel

Eén van de meest toegepaste types voegprofielen in kunstwerken is de enkelvoudige voegovergangsconstructie met klauwprofiel. Deze voegovergangen worden inmiddels tientallen jaren toegepast. De vorm van de klauw – en dus van het rubber – verschilt licht per fabrikant, maar het principe is overal gelijk. In de klauw wordt een rubber afdichtingsprofiel geklemd waarmee de waterdichting van de voeg wordt gerealiseerd.

De wijze waarop de klauwprofielen worden verbonden aan landhoofd en brugdek, wordt afgestemd op het project. Een klauwprofiel kan in principe aan elke constructie worden vastgelast, dus ook direct aan een stalen brug. In de meeste gevallen worden voegovergangen echter op maat geleverd in de vorm van de weg met een verankering die is afgestemd op het project. Deze verankering is bepalend voor de typeaanduiding.

Enkelvoudige stalen voegovergangsconstructies met klauwprofiel zijn ook bekend onder de Engelstalige naam nosing (expansion) joint. Deze term wordt zowel gebruikt in de ETAG 032 (mei 2013), de RTD 1007 (1 april 2013) en het standaardbestek 260 2.0 (januari 2018). De definitie volgens de RTD 1007 luidt: “Voegovergang met stalen randprofielen met of zonder overgangsbalken van beton, kunsthars of elastomeer. De voegspleet tussen de randprofielen wordt gevuld met een flexibele niet verkeerdragende voegafdichting”. In RTD 1007-1 (MeerKeuzeMatrix of MKM) zijn volgens de inleiding alle bekende typen vermeld en vinden we ook nosing joints die niet of nauwelijks meer beschikbaar zijn. In dit artikel volgen we de indeling  van ETAG 032 annex 4M.

Type 2a – verankering met wapeningsstaal. Dit is het zogenoemde “nieuwbouwmodel”. RTD 1007-1 maakt onderscheid in uitvoeringen zonder (type 1.2a1) en mét (type 1.2a2) geluidreducerende voorzieningen. Hiermee wordt bedoeld dat de klauwen al dan niet worden voorzien van afdekplaten met een sinusvormige vertanding. In een projectgericht ontwerp wordt rekening gehouden met de hoogte van de afwerklaag. De kruisingshoek die het voegprofiel maakt met de weg bepaalt zowel richting van de verankeringsbeugels als de sinusvorm van de eventuele geluidreducerende afdekplaten. In de MKM staan handige GeluidsLabelWaarden bij verschillende snelheden alsmede een formule voor de correctiefactor als de kruisingshoek afwijkt van 100 gon. Een voeg onder een hoek met de rijrichting maakt nu eenmaal minder geluid dan een exemplaar dat met twee wielen tegelijk wordt gepasseerd.

Type 2b of type 1 – verankering met bouten of deuvels. De klauwen worden vastgezet met bouten of schroeven. Het verschil tussen beide ETAG 032-typen is niet helder.  Ook onduidelijk is of een verbinding moet worden gemaakt met de hoofdconstructie. Een uitvoering met kopbouten (MKM concept 1.4b, zie afbeelding) is gangbaar bij licht belaste (delen van) voegen zoals de opstanden en trottoirs van een type 2a-voeg of in fiets- en voetgangersbruggen. Om het comfort voor de fietser of voetganger te verhogen wordt de voeg soms afgedekt met een roestvast stalen plaat die aan één zijde bevestigd wordt. Een mattenvoeg of een B&U-voegprofiel is dan een goedkopere oplossing.

Type 2c – verankering door verlijming. De klauwen zijn indirect – middels een balk van epoxybeton – verbonden met  de constructieve ondergrond. Dit type wordt in Standaardbestek 2.0 opgevoerd als dé renovatievoeg. Gelet op de eisen die het gebruik van epoxybeton stelt aan de weersomstandigheden en de ondergrond is dat merkwaardig. Volgens factsheet 1.4a1 uit de MKM is in Nederland weinig ervaring opgedaan met deze variant. De referentielijst van onze fabrikant SBD vermeldt een kleine dertig projecten in de afgelopen twintig jaar.

Type 2d – verankering door een combinatie van verlijming en ingeboorde wapening. Dit type is in Nederland bekend als hét renovatiemodel en kan worden uitgevoerd mét (concept 1.2b2) en zonder (1.2b1) geluidreducerende sinusplaten. Door de gaten van de aangelaste strips worden wapeningsstaven gestoken die met lijmankers worden bevestigd aan de ondergrond. De resterende sparing wordt gevuld met staalvezelbeton.

Ontwerp van brugopleggingen, eenduidige communicatie is noodzaak!

Kort voor de fabricage van een partij brugopleggingen bleek de door de opdrachtgever opgegeven translatie niet de totale beweging maar slechts het maximum naar één kant. Een aantal opleggingen was dus berekend met ongeveer de helft van de totale beweging. Dankzij de oplettendheid van het door de aannemer ingehuurde ingenieursbureau werd schade als gevolg van te krap bemeten opleggingen voorkomen. De bouwheer had de ontwerpberekeningen al goedgekeurd!

De dimensionering van brugopleggingen is maatwerk. Dit dient bij voorkeur te worden overgelaten aan de fabrieksconstructeur. Deze kent de normen en is vertrouwd met de berekeningssystematiek. Het ontwerp wordt gemaakt op basis van informatie van de opdrachtgever. Zowel in de fase van prijsvorming als bij de definitieve uitwerking van een opdracht dienen de constructieve eisen aan een oplegging eenduidig gecommuniceerd te worden. Dit is de verantwoordelijkheid van de coördinerend constructeur. Bij een prijsaanvraag volstaat een opgave van belastingen en vervormingen. In de productiefase zijn meer details van belang.

De werkgroep opleggingen van PVO (Platform Voegovergangen en Opleggingen) onderschrijft het belang van eenduidige communicatie en heeft een formulier voor informatieoverdracht van brugopleggingen ontwikkeld. Het document is afgeleid van tabel B.1 uit norm EN 1337-1. Voor de dimensionering van een oplegging zijn benodigd de maximale en minimale verticale belasting, de maximale horizontale belasting en de maximale vervorming (hoekverdraaiing en translatie) in x- en y-richting. Meer informatie over de bepaling van deze waarden (voor Nederland) is te vinden in het artikel “Dimensionering van brugopleggingen”. De juiste wijze van invullen van het formulier wordt in dit artikel behandeld.

In tabel 1 van de norm EN-1337 deel 1 is een duidelijk overzicht te vinden van typen opleggingen en de bijbehorende symbolen. Soms bestaat een voorkeur voor een bepaald type oplegging, soms niet. Als geen keuze wordt opgegeven, dan zal de fabrieksconstructeur een voorstel doen op basis van beschikbare ruimte, belastingen en prijs.

De aansluitvlakken boven en onder zijn al van belang bij de prijsvorming. Moeten ankerplaten voor beton worden meegeleverd of kan worden gerekend met boutverbindingen? De gemiddelde toelaatbare oplegdruk kan van belang zijn bij pot- en bolsegmentopleggingen. Als niets wordt ingevuld gaat de fabrieksconstructeur uit van de laagste kwaliteit (bij beton C30/C35).

Ontwerpbelastingen zijn prijsbepalend. Maximale dwarskracht in combinatie met minimale verticale belasting is doorslaggevend voor de toepassing van verankering.

Verplaatsingen moeten bij voorkeur worden opgegeven in twee richtingen vanuit de veronderstelde nulstand. Dus bijvoorbeeld + 50 mm en – 30 mm. Bij glijopleggingen wordt dan gerekend met een glijplaat die 80 mm (± 40 mm) kan opnemen. Afhankelijk van het tijdstip van plaatsen kan immers de voorinstelling worden aangepast. Een gewapend rubber oplegging zonder glijplaat kan echter niet vooraf worden ingesteld. Gerekend wordt dan met de grootste waarde. In het voorbeeld is dit 50 mm. Indien slechts één waarde is opgegeven, wordt deze gehalveerd: 50 mm is ± 25 mm.

In verband met symmetrie van de oplegging over x- en y-as, volstaat bij rotatie (hoekverdraaiing) de grootse absolute waarde. In geval van bijvoorbeeld + 2,5 en – 4,2 wordt gerekend met 4,2 mrad.

Maximale afmetingen van de oplegging kunnen van belang zijn bij de keuze van het type oplegging.

Standaard gebruiken de meeste fabrikanten een corrosiewering klasse “C5I/C5M hoog”. Dat sluit aan op de Nederlandse eisen. In België hanteert men vaak strak voorgeschreven dikten voor de verfsystemen.

De meeste fabrikanten passen standaard al stofkappen toe op hun glijopleggingen, maar vermelding kan geen kwaad in de inkoopfase. De plek van aanduidingen (CE-typeplaatje) en wijzers  kan van belang zijn op lastig inspecteerbare plaatsen.

Een oplegschema met x- en y-as draagt bij aan het begrip van de ontwerper en wordt overgenomen op de productietekeningen. Ten behoeve van de plaatsing wordt een deel van de informatie vermeld op de opleggingen zelf.

EN 1337 en RTD 1012

Sinds 1 juli 2013 is de bouwproductenverordening nr. 305/2011/EU (Construction Products Regulation, kortweg CPR) van kracht. Voor de levering van brugopleggingen betekent dit dat de geharmoniseerde norm EN 1337 van toepassing is. Desgewenst mogen hogere eisen worden gesteld. Deze dienen dan expliciet te worden vermeld. Bij opdrachten van de Rijksoverheid wordt de RTD 1012 “Eisen voor brugopleggingen” van toepassing verklaart. Ook lagere overheden geven in bestekken soms aan dat dit document van kracht is. De meeste recente versie is van 21 februari 2017. Deze sluit perfect aan op de EN 1337. De subtitel van het document luidt dan ook “te gebruiken met NEN EN 1337”. Maar wat voegt de RTD 1012 nu toe?

Heel plezierig is dat relevante teksten van de RTD 1012 ook in het Engels zijn vermeld. Dat maakt de communicatie met de veelal buitenlandse fabrikanten van brugopleggingen wel zo eenvoudig. Niet vertaald, maar wel van belang is de instructie dat de relevante artikelen van de Richtlijnen Ontwerp Kunstwerken (ROK) 1.4 dienen te worden gehanteerd.

In hoofdstuk 7 vinden we kwaliteitseisen die in de Europese norm niet voorkomen. Voor onze Duitse fabrikant van stalen opleggingen zijn de zaken die betrekking hebben op pot- en bolsegmentopleggingen, langsgeleidingen en glijelementen geen punt. Het gaat om een kwaliteitsniveau dat ook in Duitstalig Europa normaal is.

Zo wordt in § 7.9.1 corrosiebescherming “C5-I/C5-M hoog” volgens ISO 12944 geëist. De daarbij behorende levensduur van vijftien jaar is hoger dan de tien jaar die deel 9 van de norm voorschrijft. Bijzonder is dit niet, ook België en Duitsland schrijven deze hoogste kwaliteit corrosiewering voor.

Niet onbelangrijk – ook qua kosten – is de eis in § 7.11.3 dat de montage van de opleggingen dient te worden uitgevoerd onder toezicht van de fabrikant. Alhoewel de verplichting geldt voor alle brugopleggingen, wordt dit alleen gedaan bij stalen opleggingen. Alleen die bieden voldoende ruimte om locatie, oriëntatie en bewegingsvrijheid op aan te geven zoals geëist in § 7.11.2. De aannemer ontvangt van de fabrieksspecialist een verklaring dat de oplegging volgens zijn voorschriften en aanwijzingen is gemonteerd.

Voor gewapend rubber opleggingen worden geen aanvullende kwaliteitseisen gegeven. De RTD eist echter rapportage van tal eigenschappen van het basismateriaal en de geproduceerde opleggingen. Al met al een flinke papierwinkel die vertraging geeft bij de levering. Het meeleveren van testgegevens is op zich geen probleem, maar staat haaks op de kwaliteitsgedachte achter de CE-markering. Rijkswaterstaat meent echter dat dit nodig is omdat ook onder CE-keur slechte producten zijn geleverd. De vraag doet zich voor waarom niet gekozen is voor een minder kostbare mogelijkheid die de Europese norm biedt: het voorschrijven van attesteringsniveau 1. De Vlaamse overheid doet dit ook. Veel van de extra RTD-proeven worden door een “niveau 1”-gecertifceerde fabrikant al gedaan. De registratie is onderdeel van het kwaliteitsbewakingssysteem.

Norm EN 1337-3 maakt onderscheid tussen de attesteringsniveaus 1 en 3. Niveau 2 bestaat niet. Deze is kennelijk bij de totstandkoming van het document gesneuveld. Productie onder attesteringsniveau 1 kan worden geëist voor opleggingen waar kritische eisen mogen worden gesteld. In principe zijn dit de exemplaren die, bij niet goed functioneren, gevolgschade aan de rest van het bouwwerk kunnen veroorzaken. Het belangrijkste verschil tussen de attesteringsniveaus 1 en 3 is de interne en externe kwaliteitscontrole bij het productieproces. Een fabrikant met niveau 1 wordt in het kader van de CE-markering onregelmatig en ongevraagd gecontroleerd door een aangemelde keuringsinstantie. Ook is het testprogramma veel uitgebreider. Bij een kunstwerk met alleen gewapend rubber oplegblokken dient de keuze overwogen te worden tussen het voorschrijven van de RTD 1012 of attesteringsniveau 1.

In principe levert onze fabrikant dezelfde kwaliteit, maar dan zonder alle testuitslagen. Bij kleine projecten kunnen de proeven duurder zijn dan de opleggingen zelf. Op het totaal van de bouwkosten gaat het echter om een gering bedrag en de garantie-eisen van de opdrachtgever kunnen ook een rol spelen om voor toepassing van de RTD te kiezen.

Dimensionering van brugopleggingen

Wekelijks ontvangen wij aanvragen voor de levering van brugopleggingen. Bij simpele gewapende elastomeeropleggingen zijn de afmetingen vaak bepaald door de constructeur van het kunstwerk. Zodra het complexe opleggingen betreft, laat men het ontwerp over aan de leverancier. Daar zijn we blij mee. Onze fabrieksspecialisten weten immers het best wat mogelijk is. Zij treden op als deelconstructeur.

Voor een goed ontwerp is een lijst van belastingen en vervormingen benodigd. Per oplegpunt! Deze wordt onder verantwoordelijkheid van de hoofdconstructeur opgesteld. Aan de toegezonden overzichtslijsten mankeert vaak wat. Uiterste grenstoestand (UGT), bruikbaarheidgrenstoestand (GGT), alles wordt door elkaar gebruikt. Vaak ontbreken ook gegevens. Welke informatie hebben wij nodig? En hoe bepaalt u de juiste waarden? In dit artikel helpen we u op weg.

Voor de dimensionering van een oplegging zijn benodigd de maximale en minimale verticale belasting, de maximale horizontale belastingen en de maximale vervormingen (hoekverdraaiing en translatie) in x- en y-richting. Zoals gebruikelijk in de constructieleer worden de belastingen vaak in UGT aangereikt en de vervormingen in GGT. Dit leidt elke keer tot verwarring. De Europese fabrikanten vragen ook bij de vervormingen om UGT-waarden. Om het helder te krijgen vroeg ik Sjaak van der Sel, studiegenoot en hoofdconstructeur bij Everspartners, om te vertellen hoe het nu zit.

In de constructieleer wordt gewerkt met de Eurocodes (NEN-EN 1990 – 1999). Deze zijn van toepassing voor heel Europa, maar de lidstaten mogen Nationale Bijlagen toevoegen. “Net als in onze studietijd geldt nog steeds het verschil tussen gebruiksbelasting en rekenbelasting” aldus Sjaak. “De rekenbelastingen worden vastgesteld door blijvende en opgelegde belastingen te vermenigvuldigen met nauw omschreven veiligheidsfactoren. Bij vervormingen wordt uitgegaan van de berekende waarden in gebruikstoestand. Voor bepaalde bouwwerken kunnen echter uitzonderingen gelden. Ook kunnen belastingcombinaties met bijbehorende factoren worden voorgeschreven.”

Voor kunstwerken geldt in Nederland bijlage A2 van de NEN-EN 1990. Hierin vinden we de rekenwaarden voor de belastingen. Tevens is vermeld dat de veiligheidsfactoren voor verkeers- en andere belastingen voor de bruikbaarheidsgrenstoestand kúnnen zijn vastgelegd in een nationale bijlage. Dat blijkt in Nederland niet het geval. Belangrijker is echter de vermelding dat de combinaties niet van toepassing zijn op opleggingen en voegovergangsconstructies!

Waar kunnen we dan wel terecht? In Nederland kennen we de Richtlijnen Ontwerpen Kunstwerken (ROK 1.3; inmiddels 1.4 zie “EN 1337 en RTD 1012“) van Rijkswaterstaat. Deze verwijst naar de RTD 1012 ‘Eisen voor brugopleggingen’. In § 1.1.3 zien we dat ‘de belasting- en verplaatsingsfactoren moeten zijn ontleend aan NEN-EN 1990/NB. Daarbij moet voor UGT de verplaatsingsfactor in relatie tot bewegingen ten gevolge van temperatuur worden genomen als 1,1 …’. Verder vinden we de nodige informatie over de hanteren combinatiefactoren.

Nader onderzoek leert dat in Duitsland een nationale bijlage DIN EN 1990/NA/A1 van kracht is. Hierin staat onder meer dat vervormingen als gevolg van kruip en krimp zoals berekend met de Eurocode verhoogd dient te worden met een factor 1,35. Naar verluid is het betreffende deel van de Duitse nationale bijlage overgenomen door de commissie CEN/TC 167 (Structural bearings) en als voorstel ingediend voor opname in de nieuwe EN 1337-1. De regels gelden dus nog niet voor Nederland en België. Opmerkelijk is echter dat de dimensioneringscriteria voor gewapend rubber brugopleggingen uit EN 1337-3 hoofdstuk 5 al wel uitgaan van design-waarden voor translaties en rotaties (zie § 5.3.3 van norm EN 1337-3).

De hoofdconstructeur is verantwoordelijk voor het constructief ontwerp én voor de samenhang van de verschillende deelconstructies die door leveranciers zijn uitgewerkt. Deze taakverdeling is nauwlettend beschreven in de uitgave ‘Plan van aanpak constructieve veiligheid’ van het voormalig ministerie van VROM en de betonvereniging: “Uitgangspunten met betrekking tot belastingen, de krachtwerking, sterkte, stijfheid en stabiliteit moeten helder worden vastgelegd, beheerd en gecommuniceerd”.  In geval van brugopleggingen is dit mijns inziens een zware verantwoordelijkheid zolang eenduidigheid over de totstandkoming van deze gegevens ontbreekt. Het thema is ingebracht in de werkgroep opleggingen van PVO. Dit heeft in 2018 geleid tot het gebruik van een formulier dat is afgeleid van tabel 1 uit norm EN 1337-1.

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
Controlled 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
CPF 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
Corrosie 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. Zie CPS10 – Controlled Permeability Formwork. De afbeeldingen in deze publicatie zijn van Fibertex A/S / Arcas Trading BV.

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