Schreiber, bedrijf met ambities

Sinds 2012 vertegenwoordigt Arcas de Duitse fabrikant Schreiber Brücken Dehntechnik in de Benelux. Schreiber – of kortweg SBD – is producent van brugopleggingen en voegovergangsconstructies. Het voormalig familiebedrijf is naast de hier meer bekende producenten Maurer en Mageba, de derde en tot voor kort kleinste speler uit Duitstalig Europa. SBD heeft zich in het verleden vooral gericht op de nationale markt, maar na toetreding tot de Vicoda-groep zijn de ambities groter. Momenteel wordt hard gewerkt aan ontwikkelingen die zullen bijdragen aan een stevige Europese marktpositie.

SBD was niet helemaal een vreemde in Nederland. In 2011-2012 werden voor Rijkswaterstaat de bolsegmentopleggingen van de Moerdijkbrug gerenoveerd. Inmiddels zijn via Arcas in Nederland en België voor meer kunstwerken brugopleggingen en voegovergangsconstructies geleverd. In dit artikel wordt het bedrijf aan de lezer voorgesteld.

In 1798 werd door Konrad Weber in Mainhardt, in de deelstaat Baden-Württemberg, een smidse opgericht waar landbouwwerktuigen werden gemaakt voor de akkerbouw. Het bedrijf gaat in de loop der tijd over van vader op zoon tot Hans Schreiber in 1951 met Irene Weber trouwt en het bedrijf “Weber und Schreiber” gaat heten. Na de dood van Georg Weber gaat de onderneming verder onder de naam Schreiber. In 1964 worden de eerste brugopleggingen en voegovergangsconstructies geproduceerd. Om de marktontwikkelingen in deze kapitaalintensieve industrie te kunnen volgen, wordt in 2015 aansluiting gezocht bij de Vicoda-groep. Deze neemt het grootste deel van de aandelen over. De bedrijfsleiding is met de in 2017 als directeur aangetreden Georg Schreiber nog altijd in handen van de familie.

Gerenoveerde oplegging Moerdijkbrug

SBD heeft momenteel zo’n 35 medewerkers in vaste dienst. Het bedrijf heeft zich inmiddels volledig toegelegd op de productie en montage van voegovergangsconstructies en opleggingen. Zowel het reken- en tekenwerk als het grootste deel van de fabricage van gebeurt in Mainhardt. De Vicoda-groep was aanvankelijk gespecialiseerd in trillingsdemping. Met de aankoop van onder meer Schreiber Brücken-Dehntechnik GmbH werden de bedrijfsactiviteiten uitgebreid met opleggings- en brugtechniek. De Vicoda-groep als geheel heeft wereldwijd zeven productiefaciliteiten, 25 kantoren en twaalfhonderd medewerkers.

Schreiber maakt zo’n duizend brugopleggingen per jaar waarvan 150 potopleggingen en 150 bolsegmentopleggingen. De overige zevenhonderd stuks zijn staalgewapende brugopleggingen met een vasthoud- en/of geleidingsconstructie. De zogenoemde ‘Verformungslager’. De rubber kernen van de opleggingen worden ingekocht bij gespecialiseerde bedrijven zoals ‘onze andere’ fabrikant van brugopleggingen SNAC uit Rânes in Frankrijk.

Verformungslager

De productie van brugopleggingen geschiedt volgens de geharmoniseerde Europese norm EN 1337:2005. Dus mét CE-keurmerk. Dit laatste is verplicht sinds 1 juli 2013. Om de CE-markering op de opleggingen te mogen aanbrengen dient een fabrikant te worden goedgekeurd door een aangemelde instantie (Notified Body of NoBo). Hier is dat MPA Stuttgart. SBD beschikt over EG conformiteitscertificaten EN 1337 deel 4 (rolopleggingen), deel 5 (potopleggingen), deel 6 (taatsopleggingen), deel 7 (bolvormige en cilindrische opleggingen van PTFE) en deel 8 (geleide opleggingen en geremde opleggingen). Daarnaast heeft SBD het certificaat 1337-3 (opleggingen van elastomeren) voor de nabewerking van de rubber kernen.

SP-FP

Naast opleggingen produceert en monteert SBD per jaar zo’n twee tot drieduizend meter stalen voegovergangsconstructies per jaar. Het grootste deel betreft enkelvoudige constructies met klauwprofielen al dan niet voorzien van geluidreducerende sinusplaten (SP-FP). Daarnaast worden vingervoegen met waterafvoer gemaakt en mattenvoegen geleverd. De productie van meervoudige voegovergangsconstructies (lamellelenvoegen) staat vooralsnog op een laag pitje.

Schreiber verwacht begin 2019 voegovergangsconstructies te kunnen leveren die voldoen aan de ETAG 032. ETAG staat voor European Technical Approval Guidelines. Nummer 32 heeft als titel Expansion Joints for Road Bridges en bestaat uit acht delen. Zodra deze exercitie achter de rug is, zal worden gewerkt aan goedkeuring van voegovergangsconstructies volgens de Nederlandse RTD-1007.

SBD heeft eigen monteurs in dienst die voegovergangsconstructies stellen, maar ook repareren. Het bedrijf beschikt over vijzels waarmee een brugdek van zijn plaats kan worden getild zodat de opleggingen kunnen worden vervangen.

Klik hier voor de Engelstalige fabrieksdocumentatie.

Oplegvilt

Nederland heeft bouwkundig gezien een vilttraditie. Al heel lang gebruikt men hier stroken gemaakt van koehaar voor het opleggen van bouwmaterialen. Over de grens kent men dit zogenoemde haarvilt niet of nauwelijks. Andere materialen zoals rubber hebben een minder lange traditie, maar worden ook al decennia toegepast. In de B&U-bouw blijft men elk oplegmateriaal echter stug ‘oplegvilt’ noemen. Soortnaam wordt eigennaam net als ‘aspirine’ een synoniem is geworden voor ‘pijnstiller’. Op zich is dit geen probleem, maar met het gebruik van de term ‘vilt’ ontstaat veel onduidelijkheid over de materiaaleigenschappen. “Is dit oplegvilt wel bestand tegen verrotting?” In dit artikel wordt uitleg gegeven over de levensduur van verschillende oplegmaterialen en de factoren die daarop van invloed zijn.

Het in de bouwwereld gebruikelijke jargon voor oplegmaterialen is een bron van verwarring. Niet alleen op de bouwplaats worden de verkeerde termen gebruikt. Ook in bestekken en tekeningen komen we onjuiste aanduidingen tegen. In het artikel ‘Oplegjargon’ wordt een overzicht gegeven van de juiste benamingen. Ook wordt ingegaan op de technische eigenschappen van de verschillende materialen. Maximale oplegdruk, indrukking en elasticiteit zijn natuurlijk van groot belang, maar in voorkomende gevallen willen we ook weten hoe lang een bouwstof meegaat.

Weersbestendigheid of de weerstand tegen ‘atmosferische invloeden’ kan bepalend zijn voor de levensduur van oplegmateriaal. Onder deze noemer vallen hoofdzakelijk UV-straling (zonlicht), ozon, vocht (samen met zuurstof), extreme temperaturen en combinaties hiervan. Warmte is een katalysator in elk ontbindingsproces. Veroudering wordt daarom altijd versneld gesimuleerd onder hoge temperaturen.

Per oplegmateriaal wordt bekeken welke invloeden van belang zijn. Chemische belastingen worden hier buiten beschouwing gelaten. Vraag ons om advies in voorkomende gevallen.

Haarvilt wordt, zoals hierboven al aangegeven, gemaakt van koehaar uit de veeteelt. Zoals alle organische materialen vergaat dit. ‘Stof zijt gij en tot stof zult gij wederkeren’. Dit geldt niet alleen voor mensen maar ook voor dieren. Niet alle lichaamsdelen ontbinden echter even snel. Haar bestaat uit keratine en dit vergaat niet snel. Vocht, een voedingsbodem voor schimmels, in combinatie met zuurstof bespoedigt het ontbindingsproces. In een vochtige warme omgeving zal haarvilt dus verrotten. In droge toestand gaat het heel lang mee. Het zogenoemde ‘staalvilt’ – vilt dat is geïmpregneerd met een vet- of wasmengsel  – is wel goed bestand tegen vocht.

Synthetisch vilt wordt doorgaans gefabriceerd uit polypropyleenvezels. Polypropyleen (PP) behoort tot de polyolefinen, een groep kunststoffen op basis van koolstof en water. Een PP-vezel neemt geen water op. Schimmels krijgen dus geen kans. Regenwater en dauw brengen het materiaal echter wel in contact met zuurstof. Hierdoor ontstaat een oxidatieproces. Door toevoeging van antioxidanten wordt de levensduur van PP verlengd. De grootste bedreiging voor PP is UV-straling. Ook met toegevoegde UV-beschermers is de bestendigheid van polyolefinen tegen UV in combinatie met zuurstof beperkt. In afgesloten omstandigheden – tussen twee bouwdelen – zal synthetisch vilt niet vergaan.

Elastomeer (synthetisch rubber) is een kunststof met veerkrachtige eigenschappen. Rubber neemt nagenoeg geen vocht op. Er is geen sprake van verrotting of aantasting van het oppervlak. In geval van (mogelijk) vochtige omstandigheden kiest men dus rubber als oplegmateriaal. Zonder toevoegingen zijn de meeste rubbersoorten niet of slecht bestand tegen UV-straling en ozon. Rubbermengsels bevatten daarom stoffen die veroudering door deze invloeden tegengaan. Als er bezuinigd wordt op de ingrediënten, gaat dit vaak ten koste van de levensduur. Met bijvoorbeeld bitumen als vulstof, zal het rubber snel zijn elastische eigenschappen verliezen. Hoogwaardig oplegrubber is getest op de invloed van UV en ozon middels versnelde verouderingstesten. Met name EPDM en chloropreenrubber (CR) kunnen heel lang meegaan. In de regel net zo lang als de levensduur van het bouwwerk waar zij onderdeel van uitmaken.

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 over 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 dient 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. Om schade, met name van betonconstructies, te voorkomen gebruiken we tegenwoordig oplegmaterialen tussen de elementen. Meestal is dat elastomeer (‘rubber’). 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’.

Oplegmateriaal 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.

Bij 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 hanteerde men in (de inmiddels vervallen) norm DIN 4141-15 5.3 de volgende formule.
Met 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:

Brugopleggingen en CE-markering

Sinds 1 juli 2013 is het verplicht om bouwproducten te voorzien van een CE-markering. Tevens geldt de verplichting om bij de CE-markering een prestatieverklaring mee te leveren. Deze prestatieverklaring – ook wel Declaration of Performance of DoP genoemd – moet worden opgesteld op basis van de technische specificaties. Dit is bepaald in de Europese Verordening bouwproducten nr. 305/2011/EU, CPR. Het gaat alleen om bouwproducten die onder een Europees geharmoniseerde productnorm vallen en waarvan de overgangsperiode (de zogenoemde co-existentieperiode) verstreken is. Voor brugopleggingen is er zo’n norm: de EN 1337. Deze bestaat uit elf delen en was één van de eerste geharmoniseerde normen. Het document is van kracht geworden op 1 januari 2006. De overgangsperiode verliep een jaar later, op 1 januari 2007. Wat is nu de waarde van de CE-markering voor brugopleggingen?

De Europese norm EN 1337 ‘Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’ werd in 2005 gepubliceerd.  Het project had ruim vijftien jaar in beslag genomen. Zestig experts uit  Europese landen, verenigd in de Technische Commissie CEN TC 167, droegen bij aan de totstandkoming. CEN is het Europese normcomité belast met de uitgifte van de Europese normen die worden toegepast in alle CEN- lidstaten. Dit zijn alle lidstaten van de Europese unie en geassocieerde landen als Zwitserland  en Noorwegen.

Niet elke EN-norm is geharmoniseerd. Van een geharmoniseerde norm is pas sprake als de lidstaten overeenstemming hebben bereikt over de inhoud. De norm wordt dan gepubliceerd in het Publicatieblad van de Europese Commissie. Geharmoniseerde Europese normen hebben betrekking op  bepaalde producten. De toepassing is verplicht in alle lidstaten. Brugopleggingen die geproduceerd worden volgens de geharmoniseerde normen, dienen te worden voorzien van een CE-markering. Dit houdt  meer in dan een eenvoudige conformiteitsverklaring en is ook van groter belang dan ISO 9001.

Om de CE-markering op de opleggingen te mogen aanbrengen, dient de werkwijze van een fabrikant te worden goedgekeurd door een aangemelde instantie (Notified Body of NoBo). Deze aangemelde instanties zijn onafhankelijke organisaties zoals door CEN aangestelde laboratoria. Alvorens goedkeuring te verlenen, wordt het FabrieksProductieBeheersings-systeem (Factory Production Control of FPC) van de fabrikant beoordeeld. Tevens worden in de norm beschreven proeven uitgevoerd op opleggingen van verschillend formaat.

De FPC-certificering betreft een permanente interne controle van de productie door de fabrikant. De fabrikant is verantwoordelijk voor de organisatie van de daadwerkelijke uitvoering van de FPC, maar staat, in geval van attesteringsniveau 1, onder de supervisie van de aangemelde instantie. Deze voert ook regelmatig inspecties uit.

De FPC omvat de volgende activiteiten:

• de specificatie en verificatie van grondstoffen en bestanddelen;
• de controles en routineproeven die tijdens de fabricage dienen te worden verricht in een frequentie die is vastgelegd in de EN 1337;
• de controles en proeven op eindproducten volgens een schema dat eveneens is vastgelegd in de norm.

De CE-markering geeft aan dat de producten zijn vervaardigd en getest op essentiële kenmerken in overeenstemming met de desbetreffende delen van de EN 1337. Deze essentiële kenmerken van een product zijn vermeld in annex ZA  van geharmoniseerde Europese productnormen. De relevante delen van de EN 1337 hebben elk een eigen Annex ZA.

Volgens de CEN-regels kan een opdrachtgever geen aanvullende tests of controles verlangen om de conformiteit te controleren. Indien nodig kunnen wel hogere of extra eisen worden gesteld aan het bouwproduct. Om deze specifieke en nauw omschreven kwaliteiten te controleren kunnen extra beproevingen worden verlangd.  Hogere eisen zullen in het algemeen niet nodig zijn voor brugopleggingen. In Europa bestaan weliswaar grote verschillen in klimaat, maar daar is in de Europese norm EN 1337 rekening mee gehouden. Opleggingen die voldoen in landen met lagere temperaturen zoals Noorwegen of meer UV-belasting (bijvoorbeeld Griekenland) voldoen immers ook in Nederland of België.

Tien tips bij de keuze van oplegmateriaal

De afgelopen twee jaar publiceerde ik acht artikelen over oplegmaterialen voor de burgerlijke en utiliteitsbouw, de B&U sector. Dit materiaal wordt gebruikt in het constructieve skelet van een bouwwerk. Hier werkt men in het algemeen met starre bouwstoffen als beton en staal. Enige uitleg over de eigenschappen van vervormbare materialen is dan vaak hoogst noodzakelijk. Soms gaat het alleen maar om de juiste term. Zolang nog gesproken wordt  over ‘vilt’, als ‘oplegmateriaal’ wordt bedoeld en over ‘neopreen’ als synoniem voor alle zwarte buigzame bouwstoffen, is er nog een hoop uit te leggen.

Hieronder heb ik de belangrijkste aanbevelingen van alle vorige artikelen op een rijtje gezet. Bij elke tip zit een koppeling naar het oorspronkelijke verhaal.

1. Vilt is alleen geschikt voor toepassing in constructies waar nauwelijks variaties in hoekverdraaiingen en horizontale verplaatsingen voorkomen. Bij constructies met wisselende belastingen dient een rubber oplegmateriaal te worden toegepast. Vormveranderingen van rubber zijn elastisch. Dat betekent dat het materiaal, na het wegnemen van de belasting, vrijwel volledig terugkeert in de oorspronkelijke vorm. Vilt daarentegen vervormt hoofdzakelijk plastisch. Dat betekent dat vormveranderingen blijvend zijn. Zie: Lijnopleggingen: vilt of rubber?
2. Glijfolie kan niet worden toepast als er sprake is van relevante hoekverdraaiingen. Glijvilt wel, zolang de doorbuiging van de ligger maar eenmalig is. Neem bij variërende hoekverdraaiingen een ongewapend rubber glijopleggingen (de zogenoemde gelimiteerde glijoplegging). Zie: Glijvilt of glijfolie?
3. Kies voor een (goede kwaliteit) glijfolie of een ongewapende rubber glijoplegging als een te grote horizontale belasting op de constructie bezwaarlijk is. De wrijvingscoëfficiënt is lager dan die van glijvilt. Zie: Glijvilt of glijfolie?
4. Bij het bepalen van de afmetingen van glijfolie dient te worden uitgegaan van de maximale glijbeweging. Het contactvlak is dan immers het kleinst. Voor de dimensionering van rubber glijopleggingen gebruikt u de tabellen van uw leverancier. Zie: Puntglijopleggingen: welk type?
5. Bij lage oplegdrukken (< 3 N/mm²), in het bijzonder in combinatie met lage temperaturen (< – 20°C), dient de glijplaat aan het betonelement te worden bevestigd met een geschikte bouwlijm. Bij staalbouw moet zowel de rubber kern als de glijplaat gezekerd worden tegen verschuiven. Zie: Laat glijopleggingen niet glippen.
6. Kies voor kwaliteit. Het vervangen van een oplegging is nooit eenvoudig. Van een oplegmateriaal met een ‘Algemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis’ mag worden aangenomen dat de te verwachten levensduur tenminste gelijk is aan die van het bouwwerk waarin ze worden toegepast. Zie: Levensduur van een rubber oplegging.
7. Pas op met de opgegeven maximale gemiddelde druk van een oplegmateriaal. Deze is niet van toepassing voor alle afmetingen. Hoe kleiner en/of hoe dikker de oplegging, hoe geringer deze belast kan worden. Zie: Vormfactor, beperking van de oplegdruk.
8. B&U-opleggingen worden berekend met de methode uit DIN 4141 deel 14 uit 1984. Deze is nog van kracht tot december 2016. Fabrikanten en importeurs hanteren deze norm ook voor hun tabellen en rekenprogramma’s. Een Nederlandse norm bestaat niet. De EN 1337-3:2005 ‘Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’ wordt in de burgerlijke en utiliteitsbouw niet of nauwelijks gebruikt. De voornaamste reden is dat de norm niet van toepassing is op oplegmaterialen die zich al jaren hebben bewezen in de B&U-sector. Zie: Welke norm voor opleggingen?
9. Vraag ons gratis beschikbare rekenprogramma aan. Hiermee kan snel het meest voordelige type uit het programma van ESZ worden bepaald. Gerekend kan worden met op de millimeter nauwkeurige maten en exacte hoekverdraaiingen. Wij maken de berekening ook graag voor u. De gegevens die u nodig heeft staan in Puntopleggingen: welke kwaliteit en afmetingen?
10. Stuur een tekening mee bij het bestellen van opleggingen. Zeker als er sparingen gemaakt moeten worden, is het verstandig om aan te geven waar deze moeten komen. Zie: Puntopleggingen: welke kwaliteit en afmetingen?

Welke norm voor opleggingen?

De afmetingen van al dan niet gewapende ‘rubber’ oplegmaterialen worden in de infratechniek bepaald aan de hand van de toetsingsregels uit de geharmoniseerde Europese norm EN 1337-3:2005. Dit document draagt de titel ‘Opleggingen voor bouwkundige en civieltechnische toepassingen’. In de burgerlijke en utiliteitsbouw wordt het document echter nauwelijks van toepassing verklaart. In 2020 is dit nog steeds geval.

Fabrikanten en importeurs van B&U-opleggingen hanteren voor hun tabellen en rekenprogramma’s meestal waarden die zijn ontleend aan DIN 4141 deel 14 uit 1985.  Een Nederlandse of Belgische standaard was en is niet beschikbaar. DIN 4141 is inmiddels teruggetrokken en vervangen door EN 1337-3. Waarom wordt deze norm dan niet of hoogst zelden toegepast in de utiliteitsbouw? Wat zijn de verschillen tussen de rekenregels? Komt er ooit één norm voor oplegmateriaal?

De functie van een oplegmateriaal is de overdracht van belastingen. Daarbij moeten eventueel optredende planparallelle verplaatsingen en hoekverdraaiingen kunnen worden opgenomen. Een elastisch materiaal als elastomeer – een verzamelnaam voor kunststoffen met rubberachtige eigenschappen – is daarvoor uitermate geschikt. Juist door deze elastische eigenschappen zijn de toetsingscriteria volkomen anders dan die van starre materialen als beton en staal. Alle methoden om een oplegrubber 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 Topaloffs  onderzoek zijn vermeld in ons artikel ‘Vormfactor, begrenzing van de oplegdruk’.

De Europese standaard EN 1337 is na circa twintig jaar voorbereiding in 2005 gepubliceerd. Het document, dat bestaat uit elf delen,  is beschikbaar in het Engels, Frans en Duits. In Nederland en België wordt onder de naam NEN- of NBN-EN 1337 een Engelstalig document uitgegeven met een voorwoord in de landstaal of -talen. In deel 3, ‘Opleggingen van elastomeren’, zijn de eisen geformuleerd voor al dan niet gewapende opleggingen. Onderscheid wordt gemaakt in zes typen: vijf gewapende en één ongewapende. Voor nadere informatie over deze typen zie ‘Gewapend rubber brugopleggingen’. De norm is uitsluitend van toepassing op opleggingen die zijn gemaakt uit chloropreen- en/of natuurrubbermengsels met bepaalde eigenschappen. Dit is de belangrijkste reden dat het document niet wordt gebruikt in de B&U-sector. Al vele jaren worden hier immers met succes oplegmaterialen gebruikt, die zijn gemaakt van andere elastomeren zoals EPDM en SBR. Met name de eerstgenoemde is uitermate geschikt als hoogwaardig oplegmateriaal. In de B&U-bouw vaak gebruikte glij- en akoestische opleggingen passen al helemaal niet in de EN 1337. Wanneer de EN 1337 van toepassing is bij een bouwkundig project, dan zijn de mogelijkheden zeer beperkt.

Het verschil tussen DIN 4141-14 en 1337-3 is groot. Een beknopt overzicht:

• Volgens de Europese norm wordt getoetst aan de hand van de UGT (uiterste grenstoestand met betrekking tot bezwijken). In de DIN gebeurt dit op basis van de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT). De veiligheidsfactoren zitten hier in het materiaal zelf.
• De DIN maakt onderscheid in twee klassen. Klasse 2 is gangbaar, klasse 1 is van toepassing op opleggingen voor kritische plaatsen. Bezwijken van de oplegging kan  leiden tot het instorten van de constructie.
• De Duitse norm was gebaseerd op oplegmaterialen met een Algemeines Baaufsichtliches Prüfzeuchnis (ABP). In zo’n certificaat zijn de materiaaleigenschappen en het toepassingsgebied (klasse 2, maximale druk en temperatuurspanne) vastgelegd. Ook was vermeld welke vormfactoren dienen te worden aangehouden. Dit is dus een wezenlijk onderscheid met de Europese norm waarin de grondstof, materiaaleigenschappen en vormfactor  voor iedere producent min of meer hetzelfde is. Voor klasse 1 zijn de eisen strenger. Hier was een Algemeines Baaufsichtliches Zulassung (ABZ) nodig.
• Volgens de EN 1337-3 worden normaalspanning, rotatie en translatie herleid tot vervormingen (rek) van het elastomeer. Het totaal mag een bepaalde waarde niet te boven gaan. In de DIN werden de invloeden van druk, verplaatsing en hoekverdraaiing apart getoetst.

Wat is de situatie anno april 2020? In 2018 is een nieuwe ontwerpversie gepubliceerd van de EN 1337-3. Tot dusver is deze niet van kracht. Net als in de voorgaande editie is echter geen ruimte geboden aan oplegmaterialen die zich al decennia hebben bewezen in de B&U-sector. Inmiddels zijn de op DIN 4141 gebaseerde ABP’s en ABZ’s niet meer geldig. Als eerste Duitse producent van B&U-opleggingen heeft ESZ een nieuwe serie oplegmaterialen ontwikkeld waarvoor Zulassungen zijn verkregen. In de toekomst zal het bedrijf waarschijnlijk CE-markering aanvragen op basis van een European Assessment Document (EAD) en een European Technical Assessment (ETA). EAD en ETA zijn vooralsnog echter niet beschikbaar. Voor de nieuwe typen is een dimensioneringsprogramma gemaakt dat uitgaat van UGT-waarden voor belastingen.

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.

In 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. Dat 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 dat 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.

Levensduur van rubber opleggingen

Ingebouwde rubber oplegmaterialen kunnen niet of moeilijk worden vervangen. Een terechte vraag is wat de levensduur van deze bouwstoffen is. Helaas is een eenduidig antwoord niet mogelijk.  De meeste rubbermengsels zijn niet lang genoeg in productie om te beschikken over ervaringscijfers.  Bovendien bepalen de omstandigheden waaraan de bouwstof wordt blootgesteld  in grote mate de levensduur.

Veroudering van een materiaal kan worden omschreven als ‘verandering van de eigenschappen in verloop van de tijd’. Voorbeelden zijn krimp, brosheid, scheurvorming, maar ook materiaalmoeheid.  Een rubber bouwstof wordt toegepast om zijn elastische eigenschappen. Veroudering van rubber manifesteert zich als verlies aan veerkracht. Leg een elastiekje enkele dagen of weken achter het raam in de zon en het zal breken bij belasting.  Oplegmateriaal moet beduidend langer meegaan. Hoe wordt dat bewerkstelligd?

Een elastomeer  is een polymeer met rubberachtige eigenschappen. De materiaalkenmerken worden bepaald door de keuze van de soort rubber en de vulkanisatiemethode.  De ene soort rubber is beter bestand tegen veroudering dan de andere. Naast rubber – natuurrubber of synthetisch rubber – worden nog zo’n tien tot twintig bestanddelen toegevoegd die de gewenste eigenschappen van het eindproduct bepalen.  Anti-verouderingsmiddelen of antidegradanten zijn relatief dure bestanddelen die bescherming bieden tegen de invloeden van zuurstof, ozon en UV.  Om de prijs te drukken wordt vaak bespaard op deze ingrediënten.

Natuurrubber, SBR (Styrol-butadien rubber), CR(chloropreenrubber), en EPDM (Ethyleen-Propyleen-Terpolymere rubber) zijn de elastomeren die het meest worden toegepast als oplegmateriaal.  Natuurrubber is zonder toevoegingen slechts in geringe mate bestand tegen veroudering en ozon. Een goede kwaliteit SBR behoudt zijn elastische eigenschappen iets langer dan onbeschermd natuurrubber. CR heeft met behulp van de juiste ingrediënten een zeer goede bestendigheid tegen veroudering en EPDM is ‘van nature’ goed bestand tegen omstandigheden die van invloed zijn op verval door oxidatie.

Wat zijn nu die invloeden? Onderscheid kan worden gemaakt  in een aantal verouderingsprocessen. Als aantasting door chemische belasting buiten beschouwing wordt gelaten zijn de voornaamste oorzaken van veroudering:

• Hoge en lage luchttemperaturen
• Atmosferische invloeden als ozon, temperatuurswisselingen, vocht en UV-licht
• Statische en dynamische belastingen

Om iets te kunnen zeggen over de te verwachten levensduur worden rubber bouwstoffen in omstandigheden gebracht waarmee een versnelde veroudering wordt bewerkstelligd. Voor en na de simulatie worden de mechanische eigenschappen als treksterkte, rek-bij-breuk en hardheid  gemeten. De testuitslag is geen garantie voor een bepaalde levensduur, maar geeft een indicatie.

Bij oplegmaterialen kunnen we een onderscheid maken in producten voor de B&U-bouw en die voor de GWW-sector (brugopleggingen). De eerstgenoemden worden vaak toegepast op locaties waar ze niet kunnen worden gecontroleerd of vervangen. Het milieu is echter meestal niet agressief.  Brugopleggingen daarentegen worden blootgesteld aan de elementen. Ze kunnen goed worden geïnspecteerd en indien nodig worden vervangen door de brug op te vijzelen.

In Duitsland krijgt een oplegmateriaal voor de B&U-sector een ‘Algemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis’ als mag worden aangenomen dat de te verwachten levensduur tenminste gelijk is aan die van het bouwwerk waarin het wordt toegepast. Om het attest te verkrijgen worden proefstukken gedurende 168 uur blootgesteld aan lucht van 70 °C.  De verandering van hardheid, treksterkte en rek bij breuk mag na deze beproeving niet groter zijn dan een bepaald percentage. Daarnaast mag het proefmateriaal geen zichtbare scheuren vertonen na, onder mechanische belasting, te zijn onderworpen aan een verhoogde concentratie ozon.

De Europese norm EN 1337-3:2005 voor gewapende rubber brugopleggingen stelt eisen aan de maximale verandering van de glijdingsmodulus na kunstmatige veroudering door blootstelling aan lucht van 70 °C gedurende 72 uur. Daarnaast worden  proefstukken onderworpen aan een ozontest die vergelijkbaar is met die van de Prüfzeugnis. Tenslotte wordt een vermoeiingstest uitgevoerd door een proefstuk twee  miljoen maal wisselend  te belasten.

Niet elk zichtbaar defect hoeft te leiden tot onmiddellijke vervanging. Uit onderzoek van Rijkwaterstaat blijkt dat een brugoplegging na reparatie ter plekke soms nog tot vijftien jaar mee kan gaan.

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.